个主要的步骤：频谱感知、频谱分析和频谱判决。频谱感知的主要功能是监测可用频段，检测频谱空洞；频谱分析估计频谱感知获取的频谱空洞的特性；频谱判决根据频谱空洞的特性和用户需求选择合适的频段传输数据。
（2）重构
重构能力使得CR 设备可以根据无线环境动态编程，从而允许CR 设备采用不同的无线传输技术收发数据。可以重构的参数包括：工作频率、调制方式、发射功率和通信协议等。重构的核心思想是在不对频谱授权用户(LU)产生有害干扰的前提下，利用授权系统的空闲频谱提供可靠的通信服务。一旦该频段被LU 使用，CR 有两种应对方式：一是切换到其它空闲频段通信；二是继续使用该频段，但改变发射统率或者调制方案避免对LU 的有害干扰。
2.2 软件无线电基本理论
软件无线电是Joe Mitola 于1991 年提出的一种无线通信新概念,他指的是一种可重新编程或者可重构的无线电系统。也就是说，这种软件无线电在其系统硬件无需变更的情况下，可以在不同的时候根据需要通过软件加载来完成不同的功能。软件无线电概念虽然是从通信领域提出的，但这一概念一经提出就得到了包括通信、雷达、电子战、导航、测控、卫星载荷及民用广播电视等整个无线电工程领域的广泛关注，已成为无线电工程领域具有广泛适用性的现代方法[12]。
传统的无线电系统只能完成一项专属的任务，比如接收电视信号、AM/FM 广播信号，或者进行无线通信比如wifi 或者GSM 通信。每一种无线电系统有其专属的无线制式，包括载频、调制解调方式和功率等。不同的无线电系统间有不同的无线波形，不同的调解方式，不同的纠错方式，它们之间不能够相互通信。一种可以通过软件就可以改变无线制式，而适应不同的通信制式的新型无线电系统出现了，这就是软件无线电。传统的无线电系统的物理层和数据链路层是由硬件实现的，当其设计完成后就不能改变了，而软件无线电系统的物理层和数据链路层能够由软件控制改变，在物理层调制解调的信号能由软件控制，只有少部分由不可编程硬件实现。数据链路层更是完全可有软件控制，差错控制和媒体介入协议可以根据要求任意改变。如图2-1 所示：
经过近20 年的推广和全世界范围的深入研究,软件无线电概念不仅得到了普遍认可,而且已获得广泛应用;尤其是近几年,软件无线电的发展势头更猛,已触动到无线电工程的每一个角落:从3G 到4G,从美军的MBMMR(多频段多模式电台)到JTRS (联合战术无线电系统)都是以软件无线电概念进行设计、开发的，除了军用外，民用或者科研领域，出现了sandbridge SDRcommunication platform, the virtual radio 和GNU Radio。
理想的软件无线电结构如图2-2 所示,其主要特点是尽可能地减少模拟处理环节。在接收端，信号由RF 前端接收，然后由ADC 将模拟信号转化为数字信号，然后通过可编程器件的计算和处理亦即软件无线电代码的作用转为信息。在发射端数字信号由软件无线电代码计算处理生成，然后由DAC 将数字信号转化为模拟信号经由RF 前端发射出去。
如图2-2 所示的软件无线电结构适用于无线电工程的任何领域,如:通信、雷达、电子战、测控等。因为,该硬件结构与所要完成的功能无关,它所完成的功能主要取决于软件无线电代码。这也是之所以称其为“软件” 无线电的原因所在。
一个理想的软件无线电硬件能接收和发送所有频率和任意制式的无线电。但是以现在的技术能力实现是有相当难度的。首先，根据奈奎斯特采样定理，该软件无线电的工作带宽有多宽，其AD 采样至少是带宽的两倍，比如:对于工作在2～2 000MHz 的JTRS电台,其采样频率至少是4 GHz，考虑到滤波器矩形系数，采样频率需要超过5GHz，如此高的采样速率在高分辨率情况下至少在目前是难以实现的；其次，高的采样速率对ADC 后续的信号处理( FPG A /DSP)也提出了非常高的要求，大大提高了信号处理部分的实现难度；最后，随着电磁环境的复杂化，过宽的瞬时处理带宽将导致对动态范围的过高要求，无论是高增益的LNA 还是高速ADC，其动态范围都将无法满足实际需求。
针对理想软件无线电结构实际实现时存在的问题,作者对软件无线电结构进行了分类,提出了软件无线电的三种基本结构[ 13]:基于低通采样的软件无线电结构、基于带通采样的宽带中频软件无线电结构和基于射频直接带通采样的软件无线电结构。
经过十几年全世界范围的广泛研究,软件无线电得到了快速的发展,特别是软件无线电以硬件为核心到以软件为核心的设计理念的转变已渗透到无线电工程的各个领域,并将继续深刻影响和引领无线电工程的未来发展。尤其是认知无线电的提出,将为软件无线电带来新的发展机遇和发展空间[14]。
2.3 认知软件无线电基本理论
认知无线电最早是由Joseph Mitola 博士在1999 年提出的[15]。他描述了认知无线电怎样通过一种“无线电知识描述语言”（RKRL）的新语言来提高个人无线业务的灵活性。但是随着无线电技术的高速发展，到现在，认知无线电的研究和应用已经不局限在最早的范畴当中。在各个方向、领域的研究人员从各自的角度提出了认知无线电的定义和内涵。
（1）Mitola 的初始定义
Mitola在2000 年瑞典皇家科学院的博士论文答辩中，提出了这样的观点。他认为：“认知无线电这个术语确定了这样一个观点，在无线资源和相关的计算机与计算机之间通信方面，无线个人数字助理(Personal DigitalAssistant，PDA)和相关的网络具有足够的计算智能，包括检测用户的通信需求作为使用环境的函数以及提供最符合这些需求的无线资源和服务。”
为了实现认知无线电与外界环境良好的交互功能，Joseph Mitola 博士在论文中提出了认知环的思想，如图2-3 所示。
外界激励作为一种干扰进入认知无线电系统，并被分配到认知环中等待响应。认知无线电系统不断地经历观察（observe），定位(orient)，计划(plan)，决定(decide)与执行(act)五种状态。其中每种状态都要涉及到人工智能学习(learn)。
在观察阶段，认知无线电也通过读取测位、温度等传感器来推断用户的前后通信环境。认知无线电可通过决定外界刺激的优先级来对自己进行定位，比如，动力故障能够直接引起执行阶段的反应，在图中是以“立即”表示。通常情况下，认知无线电会对输入信息产生计划，在图中是以“正常”表示。在判决阶段，认知无线电在将从候选计划中做出最合适的选择，在执行阶段触动选中的程序。学习以观察和决定阶段的功能函数，比如，将目前和先前的内部状态与期望值进行比较，认知无线电就能够知道现在通信模型的有效性。
（2）Simon Haykin 从信号处理角度提出的定义
SimonHaykin 教授结合Mitola 博士对认知无线电的解释，在一篇名为“ConitiveRadio：Brain-Empowered WirelessCommunications”的文章里，给出了认知无线电一种新的定义：“认知无线电是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化，从而实现在任何时间任何地点的高度可靠通信以及对频谱资源的有效利用”。图2-4 是基于Simon Haykin理论上的认知环结构：
主要包括了三部分的内容：
a.无线频谱探测；
b.信道状态估计与预测；
c.发射功率控制与频谱管理。
（3）美国联邦通信委员会FCC 从频谱管理角度提出的定义
现在由于通信系统对频谱资源需求的不断地增加，频谱资源利用日益明显。美国联邦通信委员会充分注意到这一点情况，开始重新思考新的频谱资源管理政策，并在2003年5 月的认知无线电研讨会上，讨论了利用认知无线电技术实现灵活频谱利用的相关技术问题。
FCC对认知无线电做出了相对狭隘的一个定义：“认知无线电是指能够通过与工作环境的交互，改变发射机参数的无线电设备。认知无线电的主体可能是软件定义无线电(Software Defined Radio，SDR)，但既没有软件也没有现场可编程的要求。”
FCC认为，实现认知无线电需要高度的灵活性来适应快变的信道质量和干扰环境。在报告中，FCC 进一步描述了认知无线电五种可能应用领域：
a.在低人口密度和低频谱使用率（如郊区）的区域可以增加发射功率8dB；
b.主用户可以中断的方式向认知无线电用户出租频谱；
c.利用用户的空间和时间特性动态协调频谱共享；
d.促进不同系统间的互操作；
e.利用发射功率控制和环境判决实现多跳射频网络(multi-hop RF network)。
综合比较三种定义可以得知：Mitola的认知概念与现在的技术水平要求相距比较大；FCC 仅仅是从充分利用频谱的角度引入认知无线电；而Simon Haykin 教授的定义较好地整合了数字信号处理、网络、人工智
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