主頁(yè)（http://www.130131.com）：從認(rèn)知無(wú)線電到人工智能，詳解動(dòng)態(tài)頻譜管理技術(shù)的發(fā)展歷程

隨著無(wú)線電技術(shù)的迅速發(fā)展，有限的頻率資源已無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的用頻需求。為提高頻率資源的利用效率，頻率資源綜合管理得到了廣泛關(guān)注。在傳統(tǒng)的靜態(tài)管理向動(dòng)態(tài)管理發(fā)展的過(guò)程中，認(rèn)知無(wú)線電、TDOA定位等新技術(shù)得到了飛速發(fā)展。然而，目前最為前沿的人工智能技術(shù)將更高效地完成數(shù)據(jù)到?jīng)Q策的轉(zhuǎn)換，更智能地完成綜合性任務(wù)。

認(rèn)知無(wú)線電

解決頻譜利用率問(wèn)題

動(dòng)態(tài)頻譜共享是認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)研究中的重要課題，旨在提高無(wú)線頻譜利用率。

目前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)普遍采用固定頻譜分配方式，幾乎所有的無(wú)線終端都工作在一些頻譜管理機(jī)構(gòu)（如國(guó)際電信聯(lián)盟、各國(guó)頻譜管理機(jī)構(gòu)）分配好的頻譜之下。研究表明，在該方式下，大部分已經(jīng)分配好的頻譜很多時(shí)候在很多地區(qū)沒(méi)有被充分使用，其利用率在15％～85％不等。動(dòng)態(tài)頻譜共享是認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)研究中的一個(gè)重要課題，旨在提高無(wú)線頻譜資源的利用效率。在機(jī)會(huì)的驅(qū)動(dòng)下，認(rèn)知無(wú)線電允許無(wú)線終端自動(dòng)感知、識(shí)別并利用任何空閑的頻譜資源。一旦在使用的頻譜段上的授權(quán)用戶出現(xiàn)，無(wú)線終端將主動(dòng)地讓出相應(yīng)的頻譜，并切換到另一段可使用的頻譜上。

為解決頻譜動(dòng)態(tài)利用率問(wèn)題，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)近些年發(fā)展迅猛。認(rèn)知無(wú)線電的研究主要有：美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署（DARPA）資助的下一代無(wú)線通信（xG）項(xiàng)目，美國(guó)Rutgers大學(xué)winlab實(shí)驗(yàn)室正在做的一個(gè)有關(guān)認(rèn)知無(wú)線技術(shù)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，英國(guó)的移動(dòng)電信技術(shù)虛擬中心的自適應(yīng)射頻技術(shù)研究，歐洲通信協(xié)會(huì)資助的DRIVE、OverDRiVE和TRUST，國(guó)家“863”計(jì)劃認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中的合作及跨層設(shè)計(jì)技術(shù)、空間信號(hào)檢測(cè)和分析及QoS保證機(jī)制等。

認(rèn)知無(wú)線電是可以根據(jù)環(huán)境變化改變傳送端參數(shù)的無(wú)線電技術(shù)。它可以在沒(méi)有用戶使用授權(quán)頻段的時(shí)候使用這個(gè)頻段，極大地提高了頻譜利用率，彌補(bǔ)了固定頻譜分配的缺陷，是下一代網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。從技術(shù)角度上說(shuō)，認(rèn)知無(wú)線電可以根據(jù)環(huán)境變化改變傳送端參數(shù)。它用于自適應(yīng)頻譜管理及子系統(tǒng)的研發(fā)——智能天線、傳感器和接收機(jī)、自適應(yīng)調(diào)制和波形技術(shù)等，是下一代網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)使用頻譜的關(guān)鍵。認(rèn)知無(wú)線電可以在沒(méi)有用戶使用授權(quán)頻段的時(shí)候使用這個(gè)頻段，極大地提高了頻譜利用率，彌補(bǔ)了固定頻譜分配的缺陷。

認(rèn)知無(wú)線電主要具備兩大能力。一個(gè)是認(rèn)知能力。認(rèn)知能力就是從環(huán)境中獲取感知信息的能力。用復(fù)雜的技術(shù)獲得環(huán)境瞬時(shí)的空間變量并避免對(duì)其他用戶的干擾。另一個(gè)是重置能力。認(rèn)知能力感知頻譜，而重置能力則使無(wú)線電可以動(dòng)態(tài)地配置硬件參數(shù)，使其可以在不同的頻率上發(fā)送和接收，還可以使用由硬件設(shè)備支持的不同傳送接入。因此，認(rèn)知無(wú)線電在動(dòng)態(tài)頻譜管理中能實(shí)現(xiàn)多種功能。首先是頻譜感知，判斷哪些頻譜是可用的，并探測(cè)當(dāng)用戶工作在一個(gè)已授權(quán)的頻段上時(shí)是否存在授權(quán)用戶。其次是頻譜管理，選擇最優(yōu)的可用信道使用。再次是頻譜共享，調(diào)整與其他用戶的信道接入，為用戶提供適當(dāng)?shù)念l譜安排方法。最后是頻譜移動(dòng)，在檢測(cè)到授權(quán)用戶時(shí)空信道后，遷移到其他的頻段上。

認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)存在的不足之處是大幅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，通信質(zhì)量無(wú)法完全保證。因此，國(guó)際上提出一種新的體制，即動(dòng)態(tài)授權(quán)管理體制。也就是說(shuō)允許廣電等公司將空閑的頻譜出租給熱點(diǎn)地區(qū)用戶使用�，F(xiàn)在國(guó)際上研究前沿的主要代表為歐盟的LSA和美國(guó)的SuperWiFi。雖然認(rèn)知無(wú)線電從無(wú)線電用戶角度部分解決了某一頻段的動(dòng)態(tài)頻譜管理問(wèn)題，但是對(duì)于無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)對(duì)全頻譜的動(dòng)態(tài)管理仍然缺少有效的解決方案。在無(wú)線電頻譜管理的技術(shù)分析過(guò)程中，經(jīng)常要對(duì)重點(diǎn)信號(hào)以及異常信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。在頻段中信號(hào)類別多、發(fā)射臺(tái)站多的情況下，多個(gè)信號(hào)將重疊在同頻段，給頻譜管理帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)中的頻譜感知能快速識(shí)別空閑頻譜，建立空閑頻譜池，但是對(duì)于不斷變化的無(wú)線電頻譜情況無(wú)法解決頻譜動(dòng)態(tài)分配問(wèn)題。頻譜動(dòng)態(tài)管理需要解決的不僅是動(dòng)態(tài)感知頻譜環(huán)境，還要緊密結(jié)合自主決策來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理。人工智能的興起或許為動(dòng)態(tài)頻譜管理帶來(lái)發(fā)展契機(jī)。

人工智能商業(yè)化

取得高速發(fā)展

隨著技術(shù)發(fā)展，人工智能已經(jīng)在電子商務(wù)、金融以及醫(yī)療等方面得到了應(yīng)用。

人工智能一詞最早由認(rèn)知科學(xué)家約翰·麥卡錫在研究中提出，他對(duì)人工智能的解釋是這項(xiàng)研究的一種推測(cè)，即任何學(xué)習(xí)行為或其他智力特征原則上能被精確描述，從而可以制造出一臺(tái)機(jī)器來(lái)模擬它。隨著技術(shù)發(fā)展，人工智能已經(jīng)在電子商務(wù)、金融以及醫(yī)療等方面得到了應(yīng)用。同時(shí)，機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)也經(jīng)常與人工智能一并被提及。機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能的一種途徑或子集，它強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)而不是計(jì)算機(jī)程序。一臺(tái)機(jī)器使用復(fù)雜的算法來(lái)分析大量數(shù)據(jù)，識(shí)別數(shù)據(jù)中的模式，并做出預(yù)測(cè)。深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)子集，它用大量的數(shù)據(jù)和計(jì)算能力來(lái)模擬深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這三個(gè)概念緊密聯(lián)系，但又各有側(cè)重。

人工智能在1956年達(dá)特茅斯會(huì)議上被正式提出來(lái)，2006年進(jìn)入高速發(fā)展期。隨著深度學(xué)習(xí)算法在語(yǔ)音和圖像識(shí)別上取得的突破，人工智能商業(yè)化取得高速發(fā)展。2016年，AlphaGo戰(zhàn)勝李世石，人工智能受到世界空前的關(guān)注。人工智能產(chǎn)品與服務(wù)不斷推出，如亞馬遜Echo智能音箱、Facebook利用人工智能提升用戶體驗(yàn)，都得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，BAT也在積極推進(jìn)人工智能項(xiàng)目。

在政策助力方面，政府大力扶持人工智能產(chǎn)業(yè)，今年7月發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提出，到2020年，我國(guó)人工智能總體技術(shù)和應(yīng)用與世界先進(jìn)水平同步；到2025年，我國(guó)人工智能基礎(chǔ)理論實(shí)現(xiàn)重大突破，部分技術(shù)與應(yīng)用達(dá)到世界領(lǐng)先水平；到2030年，我國(guó)人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體將達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心。

2017年6月7日至9日在日內(nèi)瓦舉行的“人工智能造福人類全球峰會(huì)”旨在加速人工智能（AI）解決方案的發(fā)展和大眾化，以應(yīng)對(duì)貧困、饑餓、健康、教育、平等和環(huán)境保護(hù)等全球性挑戰(zhàn)。作為聯(lián)合國(guó)負(fù)責(zé)信息通信技術(shù)的專門機(jī)構(gòu)，國(guó)際電聯(lián)旨在引導(dǎo)人工智能不斷實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，以最終實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，國(guó)際電聯(lián)秘書長(zhǎng)趙厚麟指出：“我們正在為國(guó)際對(duì)話提供一個(gè)中立的平臺(tái)，以便達(dá)成對(duì)新興人工智能技術(shù)能力的共識(shí)�！�

“在我們組織的許多公共競(jìng)賽中，可以看到各個(gè)團(tuán)隊(duì)利用人工智能作為眾多領(lǐng)域的基礎(chǔ)工具，從為無(wú)法獲得正規(guī)教育的坦桑尼亞兒童創(chuàng)造個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，到賦能消費(fèi)者通過(guò)醫(yī)用三錄儀器設(shè)備做出醫(yī)療方面的決定，再到引導(dǎo)先進(jìn)、自主的機(jī)器人車輛探索深�；蛟谠虑虮砻鎸ふ衣窂健！盭獎(jiǎng)基金會(huì)（XPRIZE）首席執(zhí)行官（CEO）MarcusShingles說(shuō)，“我們認(rèn)識(shí)到，隨著人工智能的加速推進(jìn)和大眾化，新一代問(wèn)題解決者在應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)時(shí)面臨極大的機(jī)遇。”這次活動(dòng)是關(guān)于人工智能年度大會(huì)系列活動(dòng)的第一次會(huì)議，有來(lái)自政府、行業(yè)、聯(lián)合國(guó)機(jī)構(gòu)、民間團(tuán)體和人工智能研究界的各方代表參加，探討人工智能的最新發(fā)展及其對(duì)監(jiān)管、道德以及安全與隱私等問(wèn)題的影響。

人工智能開啟

頻譜管理新模式

為了解決電磁頻譜資源緊缺的問(wèn)題，人工智能將著眼于智能化決策。

頻譜研究專家吳啟輝教授在“2017全球未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展峰會(huì)”上發(fā)言談到，傳統(tǒng)的頻譜決策是一種人工方式，主要是情景比較簡(jiǎn)單，可能不需要決策，甚至只要預(yù)測(cè)一下就行了。但是現(xiàn)在頻譜作戰(zhàn)是在一個(gè)復(fù)雜的電磁頻譜環(huán)境下進(jìn)行的，復(fù)雜性主要體現(xiàn)在多樣性、密集型、大規(guī)模、高動(dòng)態(tài)和高對(duì)抗。我們研究智能頻譜決策或自主頻譜決策，從作戰(zhàn)角度來(lái)說(shuō)，主要解決戰(zhàn)前快速規(guī)劃、戰(zhàn)時(shí)自我協(xié)同和與敵方對(duì)抗。主要利用人機(jī)混合的智能決策方法進(jìn)行預(yù)先決策和臨時(shí)決策。

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)下，未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)會(huì)向速率更高、接入更多、覆蓋更廣的方向發(fā)展，對(duì)頻譜資源提出更多的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)這三大挑戰(zhàn)，我們需要在頻譜方面展開三方面變革，這三方面的變革也體現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)＋、人工智能＋，以及頻譜轉(zhuǎn)型。

為了解決電磁頻譜資源緊缺的問(wèn)題，推動(dòng)頻譜資源從靜態(tài)獨(dú)占向動(dòng)態(tài)共享轉(zhuǎn)變，人工智能將著眼于智能化決策，促進(jìn)從孤立監(jiān)測(cè)向網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)和分析轉(zhuǎn)變，同時(shí)在復(fù)雜電磁環(huán)境中由人工決策向自主決策轉(zhuǎn)變。無(wú)線電頻譜機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)是人工智能在無(wú)線電頻率管理方面的技術(shù)應(yīng)用。

美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署（DARPA）資助的無(wú)線電頻譜機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)由四大技術(shù)組成部分：

1．特征學(xué)習(xí)：從信號(hào)數(shù)據(jù)中識(shí)別信號(hào)并按用戶設(shè)置進(jìn)行歸類。

2．智能監(jiān)測(cè)：從實(shí)時(shí)采集的海量數(shù)據(jù)中智能關(guān)注到頻譜中的重點(diǎn)頻段或者頻點(diǎn)。根據(jù)用戶設(shè)置的規(guī)則預(yù)測(cè)并調(diào)整到相應(yīng)的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)頻段或頻點(diǎn)。

3．自動(dòng)感知識(shí)別：根據(jù)用戶任務(wù)需要自動(dòng)調(diào)整監(jiān)測(cè)設(shè)置。

4．信號(hào)合成：根據(jù)用戶需要數(shù)字化合成信號(hào)并能夠改善合成信號(hào)質(zhì)量。

在無(wú)線電頻譜管理的技術(shù)分析過(guò)程中，經(jīng)常要對(duì)重點(diǎn)信號(hào)以及異常信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，這通常依靠監(jiān)測(cè)設(shè)施和工程師的經(jīng)驗(yàn)，一旦遇到黑廣播、偽基站等突發(fā)情況，往往需要投入大量人力花時(shí)間巡查定位。此外，為提高頻率使用效率，管理部門希望提高頻段共享技術(shù)，預(yù)測(cè)到頻段的使用情況，以便在不引起干擾的前提下進(jìn)行頻率復(fù)用。

誠(chéng)然，人工智能在無(wú)線電管理方面的應(yīng)用也面臨許多挑戰(zhàn)。例如，人工智能在動(dòng)態(tài)頻譜管理方面的應(yīng)用基礎(chǔ)是大數(shù)據(jù)。所需要的數(shù)據(jù)不僅量大而且紛繁復(fù)雜。無(wú)線電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、頻率數(shù)據(jù)、臺(tái)站數(shù)據(jù)各有側(cè)重但又密不可分。另一方面，深度學(xué)習(xí)若達(dá)到自主決策還需要一套嚴(yán)密的研判規(guī)則，需要對(duì)頻譜進(jìn)行可量化的評(píng)估�！秶�(guó)家無(wú)線電管理規(guī)劃（2016—2020）》指出：“十三五”期間，首要任務(wù)是創(chuàng)新頻譜管理，建立科學(xué)合理的頻譜使用評(píng)估和頻率回收機(jī)制，形成行政審批和市場(chǎng)化配置管理體系。因此，我們一方面夯實(shí)基礎(chǔ)，另一方面也要緊跟前瞻性技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，利用人工智能技術(shù)服務(wù)頻譜動(dòng)態(tài)管理，服務(wù)新形勢(shì)下的無(wú)線電管理。