認(rèn)知無線電概要

認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR)的學(xué)習(xí)能力是使它從概念走向?qū)嶋H應(yīng)用的真正原因。有了足夠的人工智能，它就可能通過吸取過去的經(jīng)驗(yàn)來對實(shí)際的情況進(jìn)行實(shí)時響應(yīng)，過去的經(jīng)驗(yàn)包括對死區(qū)、干擾和使用模式等的了解。這樣，CR有可能賦予無線電設(shè)備根據(jù)頻帶可用性、位置和過去的經(jīng)驗(yàn)來自主確定采用哪個頻帶的功能。隨著許多CR相關(guān)研究的展開，對CR技術(shù)存在多種不同的認(rèn)識。最典型的一類是圍繞Mitola博士提出的基于機(jī)器學(xué)習(xí)和模式推理的認(rèn)知循環(huán)模型來展開研究，他們強(qiáng)調(diào)軟件定義無線電(Software Defined Radio，SDR)是CR實(shí)現(xiàn)的理想平臺。

針對CR研究中存在的多種描述，美國FCC提出了CR的一個相當(dāng)簡化的版本。他們在FCC-03322中建議任何具有自適應(yīng)頻譜意識的無線電都應(yīng)該被稱為認(rèn)知無線電CR。FCC更確切地把CR定義為基于與操作環(huán)境的交互能動態(tài)改變其發(fā)射機(jī)參數(shù)的無線電，其具有環(huán)境感知和傳輸參數(shù)自我修改的功能。CR是一種新型無線電，它能夠在寬頻帶上可靠地感知頻譜環(huán)境，探測合法的授權(quán)用戶(主用戶)的出現(xiàn)，能自適應(yīng)地占用即時可用的本地頻譜，同時在整個通信過程中不給主用戶帶來有害干擾。無線電環(huán)境中的無線信道和干擾是隨時間變化的，這就暗示CR將具有較高的靈活性。CR的應(yīng)用大多是基于FCC的觀點(diǎn)，因此也稱CR為頻譜捷變無線電、機(jī)會頻譜接入無線電等。

當(dāng)前，在頻譜政策管理部門的帶動下，一些標(biāo)準(zhǔn)化組織采用了CR技術(shù)，并先后制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)以推動該技術(shù)在多種應(yīng)用場景下的發(fā)展。例如，IEEE802.22工作組對基于CR的無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)WLAN的空中接口標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，目標(biāo)是將分配給電視廣播的VHF/UHF頻帶的空閑頻道有效的利用起來；IEEE802.16工作組正在著手制定h版本標(biāo)準(zhǔn)，致力于改進(jìn)如策略、MAC增強(qiáng)等機(jī)制以確?；赪iMAX的免授權(quán)系統(tǒng)之間、與授權(quán)系統(tǒng)之間的共存。此外，ITU也在努力尋找類似CR的頻譜共享技術(shù)。受CR的潛力及其在無線電領(lǐng)域公認(rèn)的“下下一件大事情”的激勵，國內(nèi)不少院校和學(xué)者也已經(jīng)開始了這方面的研究，如西安電子科技大學(xué)已經(jīng)開展的2005年度“863”有關(guān)CR技術(shù)的研究。

認(rèn)知無線電又被稱為智能無線電，它以靈活、智能、可重配置為顯著特征，通過感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，有目的地實(shí)時改變某些操作參數(shù)(比如傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等)，使其內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)接收到的無線信號的統(tǒng)計(jì)變化，從而實(shí)現(xiàn)任何時間、任何地點(diǎn)的高可靠通信以及對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有限的無線頻譜資源進(jìn)行高效地利用。認(rèn)知無線電的核心思想就是通過頻譜感知（Spectrum Sensing）和系統(tǒng)的智能學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)動態(tài)頻譜分配（DSA：dynamic spectrum allocation）和頻譜共享（Spectrum Sharing）。

認(rèn)知無線電中，次級用戶動態(tài)的搜索頻譜空穴進(jìn)行通信，這種技術(shù)稱為動態(tài)頻譜接入。在主用戶占用某個授權(quán)頻段時，次級用戶必須從該頻段退出，去搜索其它空閑頻段完成自己的通信。

OSSIE (Open Source SCA Implementation Embedded), 是Wireless@Virginia Tech 貢獻(xiàn)給開源社區(qū)的對軟件定義無線電（SDR）尤其是對認(rèn)知無線電的探索。它的主要目的是用于對軟件定義無線電和無線通信技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和教學(xué)。該軟件包包含基于JTRS 的軟件通信結(jié)構(gòu)（SCA）的SDR 的核心構(gòu)架、快速開發(fā) SDR 部件和信號波形處理程序的工具、預(yù)制部件的庫及信號處理程序。而且還包括同Naval Postgraduate School 共同開發(fā)的用于實(shí)驗(yàn)室練習(xí)用的一組免費(fèi)的練習(xí)，用于SDR 的教學(xué)和培訓(xùn)用。OSSIE 同GNU Radio 一樣都可使用通用軟件無線電平臺（Universal Software Radio Peripheral - USRP）。

隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人們可以獲得的帶寬不斷的增加。以移動通信為例，傳輸速率從最早的不足10kbit/s提高到第三代移動通信技術(shù)可以提供2Mbit/s的數(shù)據(jù)速率只用了不到10年的時間；但即使如此，仍然無法滿足人們對于帶寬的日益增長的需求。一方面，人們不斷開發(fā)新的無線通信技術(shù)，利用新的頻段來提供各種業(yè)務(wù)；另外一方面，各種改進(jìn)的調(diào)制和編碼技術(shù)也使得現(xiàn)有頻譜的利用效率得以提高。然而，頻譜資源終究是有限的。將來會得到規(guī)模應(yīng)用的MIMO和OFDM技術(shù)，在可以預(yù)見的情況下，能夠?qū)㈩l譜的利用效率提高3～4倍，而對于人們對帶寬的幾十倍、上百倍的需求增長，這種提高顯然不能完全的滿足要求。頻譜資源作為一種極具價值的自然資源，其日趨緊張甚至枯竭已成為不爭的事實(shí)，而真正要解決這種矛盾，必須對頻譜管理方法進(jìn)行改進(jìn)。

在單純通過現(xiàn)有的傳輸技術(shù)無法有效解決頻譜利用效率偏低的情況下，各種新的思路應(yīng)運(yùn)而生，其核心都是如何有效地實(shí)現(xiàn)頻譜的重用。該領(lǐng)域存在著以下兩個基本的研究方向。

一個研究方向是降低信號的功率譜密度來進(jìn)行頻譜的復(fù)用，其典型應(yīng)用就是超寬帶（UWB，UltraWideband）技術(shù)。FCC定義信號帶寬大于1.5GHz或者信號帶寬與中心頻率之比大于25%的稱為超寬帶。UWB技術(shù)通過采用頻譜重疊的方式占用一段極寬的帶寬，并嚴(yán)格限制其信號的發(fā)射功率，盡可能地減少給現(xiàn)存系統(tǒng)帶來的有害干擾，從而實(shí)現(xiàn)與窄帶信號的共存和兼容，最終達(dá)到頻譜復(fù)用的目的。

另一個研究方向就是采用一種新的頻譜管理技術(shù)，以達(dá)到充分利用頻譜的目的。這種思路的基本出發(fā)點(diǎn)就是：在不影響授權(quán)頻段的正常通信的基礎(chǔ)上，具有一定感知能力的無線通信設(shè)備可以按照某種機(jī)會方式來接入授權(quán)的頻段內(nèi)，并動態(tài)地利用其頻譜。由于頻譜資源利用率偏低，在空域、時域和頻域都會出現(xiàn)對于當(dāng)前通信冗余的、可以被利用的頻率資源，這些頻率資源被稱為頻譜空穴（SpectrumHoles），如圖1所示。認(rèn)知無線電的基本思路就是基于如何有效地利用這些“頻譜空穴”。如果一種通信系統(tǒng)中能完成如下的功能：具備認(rèn)知功能，以“機(jī)會方式”接入頻譜的次級用戶（SecondaryUser）能夠通過對頻譜的感知和分析，智能地使用空閑頻譜并避免對擁有授權(quán)頻段的主用戶（PrimaryUser）形成干擾；而主用戶以最高的優(yōu)先級使用被授權(quán)的頻段。當(dāng)主用戶要使用授權(quán)頻段時，次級用戶需要及時停止使用頻譜，將信道讓給主用戶，那么當(dāng)前頻譜效率低下的現(xiàn)狀將得以大大的改善。認(rèn)知無線電就是基于這種思路誕生的。

圖1“頻譜空穴”示意圖

1．JosephMitola對認(rèn)知無線電的定義

1999年，JosephMitola在他的學(xué)術(shù)論文中首先提出了認(rèn)知無線電的概念，并描述了認(rèn)知無線電如何通過“無線電知識描述語言（RKRL，RadioKnowledgeRepresentationLanguage）”來提高個人無線業(yè)務(wù)的靈活性。隨后，JosephMitola在他的博士論文中詳細(xì)探討了這一理論。他認(rèn)為：認(rèn)知無線電應(yīng)該充分利用無線個人數(shù)字設(shè)備和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)在無線電資源和通信方面的智能計(jì)算能力來檢測用戶通信需求，并根據(jù)這些需求提供最合適的無線電資源和無線業(yè)務(wù)。Mitola的認(rèn)知無線電的定義是對軟件無線電的擴(kuò)展。認(rèn)知無線電以軟件無線電為平臺，并使軟件無線電智能化。

2．FCC的認(rèn)知無線電定義

JosephMitola定義的認(rèn)知無線電強(qiáng)調(diào)“學(xué)習(xí)”的能力，認(rèn)知無線電系統(tǒng)需要考慮通信環(huán)境中的每一個可能參數(shù)，然后做出決定。相比于JosephMitola的定義，F(xiàn)CC針對頻譜有效分配問題對認(rèn)知無線電做出的定義更能為業(yè)界所接受。在2003年12月的一則通告中，F(xiàn)CC對認(rèn)知無線電作出如下定義：認(rèn)知無線電是能夠與所處的通信環(huán)境進(jìn)行交互并根據(jù)交互結(jié)果改變自身傳輸參數(shù)的無線電。

FCC對認(rèn)知無線電的這個定義主要是基于頻譜資源分配和管理問題提出的。無線頻譜資源的規(guī)劃和使用都是由政府制定的，無線通信設(shè)備對頻譜的使用需要經(jīng)過政府的許可。而固定的頻譜分配政策導(dǎo)致了頻譜不能有效利用的問題。比如分配給蜂窩移動通信系統(tǒng)的頻帶經(jīng)常超負(fù)荷，而共用頻帶沒有充分使用等。而且頻段的利用率在不同的時間和空間也有所不同。

3．其他的認(rèn)知無線電定義

除了JosephMitola和FCC外，還有很多學(xué)者對認(rèn)知無線電進(jìn)行了定義。

比如，SimonHaykin結(jié)合JosephMitola和FCC的觀點(diǎn)，對認(rèn)知無線電做出如下定義：認(rèn)知無線電是一個智能無線通信系統(tǒng)，它能感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，通過實(shí)時改變傳輸功率、載波頻率和調(diào)制方式等系統(tǒng)參數(shù)，使系統(tǒng)適應(yīng)外界環(huán)境的變化，從而達(dá)到很高的頻譜利用率和最佳通信性能。

認(rèn)知無線電的物理平臺的實(shí)現(xiàn)是以軟件無線電平臺為基礎(chǔ)的，其物理平臺結(jié)構(gòu)與軟件無線電平臺結(jié)構(gòu)基本相同，兩者之間的比較如圖2所示，它主要在軟件無線電平臺的基礎(chǔ)上增加了感知，學(xué)習(xí)等功能，以實(shí)現(xiàn)其獨(dú)特的認(rèn)知能力。

其中，無論對于軟件無線電平臺還是認(rèn)知無線電平臺，軟件部分的硬件支撐都是通用硬件平臺。也就是說，從圖2可以看出，和軟件無線電類似，認(rèn)知無線電物理平臺也主要由射頻前端、數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及通用硬件平臺3個部分組成。

圖2 認(rèn)知無線電與軟件無線電物理平臺結(jié)構(gòu)的比較

其中，為軟件提供硬件支撐的認(rèn)知無線電通用硬件平臺的組成和結(jié)構(gòu)與軟件無線電系統(tǒng)的硬件平臺基本類似，但除了常見通信系統(tǒng)所需的數(shù)字信號處理外，認(rèn)知無線電還需要完成頻譜感知、頻譜分析、頻譜判決等認(rèn)知無線電特有的功能。

而認(rèn)知無線電平臺中使用的A/D和D/A模塊的作用和性能指標(biāo)也與軟件無線電系統(tǒng)基本相同。A/D和D/A模塊一般集成在通用硬件平臺之中。

另外，認(rèn)知無線電平臺射頻前端除了完成軟件無線電系統(tǒng)所需的不同頻段的寬帶射頻信號和中頻信號之間的轉(zhuǎn)換外，還需要協(xié)助甚至單獨(dú)完成寬帶頻譜感知等認(rèn)知無線電特有的功能。但就結(jié)構(gòu)而言，認(rèn)知無線電平臺的射頻模塊與軟件無線電平臺的射頻前端基本類似。關(guān)于認(rèn)知無線電的射頻前端技術(shù)將在下面重點(diǎn)介紹。

相對軟件無線電系統(tǒng)而言，認(rèn)知無線電系統(tǒng)射頻模塊的特點(diǎn)就是，它需要協(xié)助系統(tǒng)甚至單獨(dú)完成寬帶頻譜感知功能。這個功能要求射頻模塊的射頻硬件具有很寬的工作頻帶范圍，從而實(shí)現(xiàn)對頻譜信息實(shí)時的、大范圍的測量。和軟件無線電射頻模塊類似，認(rèn)知無線電射頻模塊的基本體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 認(rèn)知無線電的寬帶射頻前端結(jié)構(gòu)

從圖3中可以看出，和軟件無線電的射頻模塊類似，認(rèn)知無線電的射頻前端具有混頻、放大和自動增益控制等功能，實(shí)現(xiàn)大頻譜范圍內(nèi)的射頻信號與中頻信號之間的轉(zhuǎn)換，從而解決A/D的性能不滿足對射頻信號直接采樣的問題。其中，可編程帶通濾波器、低噪聲放大器、可編程本地振蕩器以及混頻器和自動增益控制等需要具有與軟件無線電平臺類似的性能參數(shù)。

為了協(xié)助完成認(rèn)知無線電系統(tǒng)的認(rèn)知功能，對周圍無線電環(huán)境中的授權(quán)用戶進(jìn)行檢測，認(rèn)知無線電系統(tǒng)的射頻模塊對某些部件的要求要高于軟件無線電系統(tǒng)，它要求射頻前端具有在大動態(tài)范圍內(nèi)檢測一個或多個弱信號的能力，即接收機(jī)需要具有足夠的工作帶寬和靈敏度，使其能準(zhǔn)確地檢測不同頻帶不同功率電平的主信號。同時，考慮到頻譜感知一般由能量檢測、特征檢測等方法完成，如果射頻模塊需要單獨(dú)完成頻譜感知，它還需要具有信號處理功能。

國內(nèi)外認(rèn)知無線電技術(shù)的研究大都集中在物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層的功能方面，如頻譜感知、功率控制、頻譜共享、頻譜移動性管理、認(rèn)知無線電的安全技術(shù)以及認(rèn)知無線電的跨層設(shè)計(jì)等技術(shù)。

針對認(rèn)知無線電的發(fā)展，世界各國通信專家都密切關(guān)注，國內(nèi)外的大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)也相續(xù)開展了認(rèn)知無線電技術(shù)的研究。其中主要的研究機(jī)構(gòu)有美國國防高級研究計(jì)劃署（DARPA，DefenseAdvancedResearchProjectsAgency）、維吉尼亞無線通信技術(shù)中心、英國移動電信技術(shù)虛擬中心多模終端研究小組、布里斯托爾大學(xué)通信系統(tǒng)研究中心和歐洲通信協(xié)會等。此外，美國加州大學(xué)伯克利分校的無線研究中心、荷蘭的代爾夫特大學(xué)、德國柏林技術(shù)學(xué)院等也有關(guān)于認(rèn)知無線電方面的研究。

近年來，國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)也開始關(guān)注和跟蹤該技術(shù)，并開展了相關(guān)的研究，這些研究機(jī)構(gòu)主要是清華大學(xué)、電子科技大學(xué)、西安交通大學(xué)及香港科技大學(xué)等高校。鑒于認(rèn)知無線電的研究狀況，國家“863”計(jì)劃基金也在2005年首次支持了認(rèn)知無線電關(guān)鍵技術(shù)的研究。

認(rèn)知無線電技術(shù)被視為解決當(dāng)前頻譜資源利用率低的有效方案。各標(biāo)準(zhǔn)化組織和行業(yè)聯(lián)盟紛紛展開對認(rèn)知無線電技術(shù)的研究，并著手制定認(rèn)知無線電的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，以其推動認(rèn)知無線電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。涉及認(rèn)知無線電標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)構(gòu)主要有美國電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）、國際電信聯(lián)盟（ITU）、軟件無線電論壇（SDRForum）和美國國防部高級研究計(jì)劃署（DARPA）等。

IEEE涉及認(rèn)知無線電的標(biāo)準(zhǔn)最受關(guān)注的有兩個：IEEE802.22和IEEESCC41（或者稱為P1900）。其中，IEEE802.22是采用認(rèn)知無線電技術(shù)為基礎(chǔ)的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，IEEESCC41的標(biāo)準(zhǔn)化工作主要涉及動態(tài)頻譜接入的相關(guān)技術(shù)。另外，我們認(rèn)為，共存問題、動態(tài)頻譜選擇和功率控制、動態(tài)頻譜接入等技術(shù)都屬于認(rèn)知無線電的范疇。因此，除上述兩個標(biāo)準(zhǔn)之外，IEEE還有其他幾個標(biāo)準(zhǔn)也涉及認(rèn)知無線電，如IEEE802.11h、IEEE802.15和IEEE802.16h等。

已經(jīng)完成的標(biāo)準(zhǔn)化有：（1）IEEE802.16.2-2001，（2）IEEE802.16a-2003，（3）IEEE802.16.2-2004，（4）IEEE802.15.2-2003，（5）IEEE802.15.4-2003，（6）IEEE802.11h-2003。

認(rèn)知無線電1、在WRAN中的應(yīng)用

2003年12月，F(xiàn)CC在其規(guī)則的第15章公布了修正案。法律規(guī)定[7]“只要具備認(rèn)知無線電功能，即使是其用途未獲許可的無線終端，也能使用需要無線許可的現(xiàn)有無線頻帶”，這為新的無線資源管理技術(shù)奠定了法律基礎(chǔ)。WRAN的目的就是使用認(rèn)知無線電技術(shù)將分配給電視廣播的VHF/UHF頻帶（北美為54～862MHz）的頻率用作寬帶訪問線路，將空閑頻道有效地利用起來。IEEE802.22標(biāo)準(zhǔn)工作組于2005年9月完成了對WRAN的功能需求和信道模型文檔，2006年開始對各個公司提交的提案進(jìn)行審議和合并，并于2006年3月形成了最終的合并提案作為編寫標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。

認(rèn)知無線電2、在UWB中的應(yīng)用

UWB技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時主要應(yīng)用于脈沖雷達(dá)（ImpulseRadar），美國軍方利用其進(jìn)行安全通信中的精確定位和成像。至20世紀(jì)90年代之前，UWB主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，之后UWB技術(shù)開始應(yīng)用于民用領(lǐng)域。UWB由于具有傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、抵抗多徑能力強(qiáng)、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代無線通信的革命性技術(shù)，而且是未來多媒體寬帶無線通信中最具潛力的技術(shù)。

認(rèn)知無線電采用頻譜感知技術(shù)，能夠感知周圍頻譜環(huán)境的特性，通過動態(tài)頻譜感知來探測“頻譜空洞”，合理地、機(jī)會性地利用臨時可用的頻段，潛在地提高頻譜的利用率。與此同時，認(rèn)知無線電技術(shù)還支持根據(jù)感知結(jié)果動態(tài)地、自適應(yīng)地改變系統(tǒng)的傳輸參數(shù)，以保證高優(yōu)先級的授權(quán)主用戶對頻段的優(yōu)先使用，改善頻譜共享，與其他系統(tǒng)更好地共存。

認(rèn)知無線電3、在WLAN中的應(yīng)用

以IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的無線技術(shù)已經(jīng)成為WLAN技術(shù)的主流，通過接入無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)移動辦公已經(jīng)成為很多人生活方式的一部分。隨著無線局域網(wǎng)的普及，頻譜資源越來越緊張，某些工作頻段的通信業(yè)務(wù)近乎達(dá)到飽和狀態(tài)，無法滿足新的業(yè)務(wù)請求；同時，某些其他頻段比較空閑，能夠提供更多的可用信道。在這樣的背景下，認(rèn)知無線電技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為解決以上問題帶來了新的思路。認(rèn)知無線電技術(shù)能通過不斷掃描頻譜段，獲得這些可用信道的信道環(huán)境和質(zhì)量的認(rèn)知信息，自適應(yīng)地接入較好的通信信道，這正是解決WLAN頻段擁擠問題的方法。因此認(rèn)知無線電技術(shù)對于WLAN而言更具有吸引力。而且無線局域網(wǎng)具有工作區(qū)域小、工作地點(diǎn)靈活、無線環(huán)境相對簡單等特點(diǎn)，更有利于認(rèn)知無線電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

認(rèn)知無線電4、在Mesh網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是近年來出現(xiàn)的具有一種無線多跳（Multi-hop）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點(diǎn)可以和一個或者多個對等節(jié)點(diǎn)直接通信；同時也能模擬路由器的功能，從鄰近節(jié)點(diǎn)接收消息并進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)。這樣，Mesh網(wǎng)絡(luò)通過鄰近節(jié)點(diǎn)之間的低功率傳輸取代了遠(yuǎn)距離節(jié)點(diǎn)間的大功率傳輸，實(shí)現(xiàn)了低成本的隨時隨地接入。網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)之間是相互協(xié)作的，如果Mesh網(wǎng)絡(luò)中的一條鏈路失效了，網(wǎng)絡(luò)可以通過替代鏈路將信息路由到目的地，優(yōu)化了頻譜的使用。

認(rèn)知無線電和無線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，正是在增大網(wǎng)絡(luò)密度和提高服務(wù)吞吐量的發(fā)展趨勢下提出來的，適用于可能有嚴(yán)重的線路爭用情況的人口稠密城市的無線寬帶接入。認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)通過中繼方式可以有效地擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，當(dāng)一個無線Mesh網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡(luò)是由認(rèn)知接入點(diǎn)和固定中繼點(diǎn)組成時，無線Mesh網(wǎng)的覆蓋范圍能夠大大增加。尤其是在受限于視距傳輸?shù)奈⒉l段，認(rèn)知Mesh網(wǎng)絡(luò)將有利于在微波頻段實(shí)現(xiàn)頻譜的開放接入。

認(rèn)知無線電5、在Ad-hoc中的應(yīng)用

一般的多跳Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送數(shù)據(jù)包時會預(yù)先確定通信路由。認(rèn)知無線電技術(shù)能夠?qū)崟r地收集信息并且自動選擇波形，并向各方通知尚未使用的頻率信息，適用于具有不可提前預(yù)測的頻譜使用模式的應(yīng)用場景。因此，當(dāng)認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)用于低功耗多跳Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)，能夠滿足分布式認(rèn)知用戶之間的通信需求。

由于認(rèn)知無線電系統(tǒng)可根據(jù)周圍環(huán)境的變化動態(tài)地進(jìn)行頻率的選擇，而頻率的改變通常需要路由協(xié)議等進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，因此，基于認(rèn)知無線電技術(shù)的Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)需要新的支持分布式頻率共享的MAC協(xié)議和路由協(xié)議。 2100433B

原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的清晰性、穩(wěn)定性、概括性、包容性、連貫性和可辨別性等特性都始終影響著新的學(xué)習(xí)的獲得與保持。奧蘇貝爾提出了三個主要的影響有意義學(xué)習(xí)和遷移的認(rèn)知結(jié)構(gòu)變量：可利用性、可辨別性和穩(wěn)定性。

1.認(rèn)知結(jié)構(gòu)的可利用性是指學(xué)習(xí)新知識時，原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中是否有適當(dāng)?shù)钠鸸潭ㄗ饔玫挠^念可以利用，即學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中是否具有用來與新知識發(fā)生相互作用的適當(dāng)觀念。在認(rèn)知結(jié)構(gòu)中是否有適當(dāng)?shù)钠鸸潭ㄗ饔玫挠^念可以利用，這是影響遷移的第一個重要的認(rèn)知結(jié)構(gòu)變量。在認(rèn)知結(jié)構(gòu)中處于較高抽象概括水平的起固定作用的觀念，對于新的學(xué)習(xí)能提供最佳關(guān)系和固定點(diǎn)。在新的學(xué)習(xí)中，如果原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中沒有適當(dāng)?shù)摹⑵鸸潭ㄗ饔玫挠^念可以用來同化新知識，那么，個體往往只能進(jìn)行機(jī)械學(xué)習(xí)。在這種情況下，新知識不能有效地被固定在認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，從而產(chǎn)生不穩(wěn)定和含糊的意義，因而無法表現(xiàn)出積極的遷移現(xiàn)象。

根據(jù)奧蘇貝爾的有意義學(xué)習(xí)理論，如果學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中有可利用的知識經(jīng)驗(yàn)，則有助于學(xué)習(xí)遷移。例如，學(xué)生掌握了“鳥”這一概念，如果要學(xué)習(xí)“鸚鵡”這一概念，原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的上位概念“鳥”和新學(xué)習(xí)的下位概念“鸚鵡”相互作用，就加深了學(xué)生的理解。

2.新的學(xué)習(xí)任務(wù)與原有觀念系統(tǒng)可以辨別的程度，是影響有意義學(xué)習(xí)和遷移的另一個重要的認(rèn)知結(jié)構(gòu)變量。如果新學(xué)習(xí)任務(wù)不能與學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中原有的觀念清晰地區(qū)分，則新的意義很容易被原有意義所取代，從而表現(xiàn)出對新知識的遺忘。

3.原有的起固定作用觀念的穩(wěn)定性，是影響有意義學(xué)習(xí)與長久保持的第三個重要的認(rèn)知結(jié)構(gòu)變量。認(rèn)知結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是指學(xué)習(xí)新知識時，學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中起固定作用的觀念的鞏固程度，其鞏固程度越強(qiáng)，越有助于學(xué)習(xí)遷移。

總之，認(rèn)知結(jié)構(gòu)遷移理論認(rèn)為，學(xué)生學(xué)習(xí)新知識時，認(rèn)知結(jié)構(gòu)的可利用性越高、可分辨性越大、穩(wěn)定性越強(qiáng)，就會越促進(jìn)新知識學(xué)習(xí)的遷移。在實(shí)際的教學(xué)過程中，可以通過改革教材內(nèi)容和教材呈現(xiàn)方式來改進(jìn)學(xué)生的原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移的目的。奧蘇貝爾的認(rèn)知結(jié)構(gòu)遷移理論代表了從認(rèn)知觀點(diǎn)來解釋遷移的一種主流傾向。