認知無線電的定義
Mitola在他的博士論文中將CR定義為“the integration ofmodel-based reasoning with software radio technologies”，即認為CR是計算智慧型和個人無線通信這兩個學科領域交叉的產物。The term cognitive radio identifies the point at which wireless personal digital assistants (PDAs) and the related networks are sufficiently computationally intelligent about radio resources and related computer-to-computer communications to: (a) detect user communications needs asa function of use context, and (b) to provide radio resources and wireless services most appropriate to those needs.
2005年，Haykin在其發表的論文Cognitive radio: brain-empowered wireless communications中根據前人的相關研究和自身的理解，又對認知無線電作了如下的定義：“認知無線電是一個智慧型無線通信系統。它能夠感知外界環境，並使用人工智慧技術從環境中學習，通過實時改變某些操作參數(比如傳輸功率、載波頻率和調製技術等)，使其內部狀態適應接收到的無線信號的統計性變化，以達到以下目的——任何時間任何地點的高度可靠通信及對頻譜資源的有效利用。”並在論文中給出了如下的認知環模型。
認知無線電的基本定義可歸納為：認知無線電是可以感知外界通信環境的智慧型通信系統。認知無線電系統通過學習，不斷地感知外界的環境變化，並通過自適應地調整其自身內部的通信機理來達到對環境變化的適應。這樣的自適應調整一方面是為了改進系統的穩定性，另一方面是為了提高頻譜資源的利用率。由此可以總結出認知無線電所具有的特點是：對環境的感知能力；對環境變化的學習能力；對環境變化的自適應性；通信質量的高可靠性；對頻譜資源的充分利用；系統功能模組的可重構性。
認知無線電的關鍵技術
頻譜檢測技術 認知無線電技術能夠感知並分析特定區域的頻段，找出適合通信的“頻譜空洞”，利用某些特定的技術和處理，在不影響已有通信系統的前提下進行工作。因而，從認知無線電工作流程上可以看到，為了在某個地域上套用認知無線電技術，最先進行的工作是對該地無線信道環境的感知，即頻譜檢測和“空洞”搜尋與判定。
如果將待查的頻段分為3種不同的情況：黑空，存在高功率的干擾；灰空，存在低功率的干擾；白空：僅存在環境噪聲量，包括熱噪聲、瞬時反射、脈衝噪聲等。那么頻譜檢測的任務就是查找適合認知無線電業務的白空，同時對工作頻段在黑空(或灰空)和白空之間的轉變進行監測。
在認知無線電技術中，進行頻譜檢測即對所觀察的頻段進行干擾溫度的估計。干擾溫度可以看作是頻段內的干擾功率譜密度，它的設定是用來量化和管理無線環境中的干擾問題。針對經過譜估計得到的干擾溫度，可以給出干擾溫度界限。通過干擾溫度界限可以對觀測的“頻譜空洞”進行選擇，超過界限的干擾或其他噪聲都是不符合通信要求的頻譜。
通常在接收端進行干擾溫度的測量，並搜尋“頻譜空洞”，將獲得的信息通過系統預設的反饋信道傳送至傳送端，並據此進行發射功率控制處理和動態頻譜管理；在發射端和接收端也可以採用自適應的波束成型技術，進一步補充的干擾控制。
在認知無線電感知無線環境的工作中，如何進行高效的無線頻譜估計和分析是關鍵技術之一。頻譜分析是一項相對比較成熟的數位訊號處理技術，經過了多年的發展，形成了眾多各具特色的算法和理論。在認知無線電技術中，可以利用這些已有的算法進行無線環境的觀測。當然，由於認知無線電的特殊性質，需要在一定通信區域空間領域、較寬的頻域、以及時域進行頻譜分析，這就要求對眾多頻譜分析算法進行合適的選取和改動。
認知無線電技術中通常採用的頻譜分析算法是多窗譜估計算法。該算法使用多個離散扁球體序列作為正交窗函式。經過這種窗函式濾波後的信號在有限採樣點時的傅氏變換具有極佳的能量集中特性，是一種接近最優的方法。這種特性使得在降低頻譜估計的方差時不會影響估計的偏差，因而具有較好的計算性能和套用價值。
在認知無線電領域進行干擾溫度估計時，為了能夠更好地感知待測區域內的干擾溫度，在頻譜分析算法中引入了空間的概念，通常會用大量的感測器分布在該區域內，進行無線信號的接收。這些感測器可以是指專門設定的接收天線，也可以是認知無線電系統的各個無線用戶終端。通過這些感測器進行無線環境的探測，可以區分無線信號在空間上的不同和差異。針對來自多個感測器測量得到的多組接收信號，經過恰當的頻譜分析算法，即可得到對應於特定空間、時間和頻段的干擾溫度估計值。將該干擾溫度估計量和設定的干擾溫度門限比較，若在連續的幾個時段內均小於門限要求，即可認為出現了“頻譜空洞”。
在認知無線電中，頻譜檢測技術不僅僅在“頻譜空洞”的搜尋和判定中起關鍵作用，在系統的通信過程中，它還需要負責頻譜狀態的實時監測。對頻譜的監測一方面可以蒐集無線環境的統計資料，為高層的頻譜管理提供輔助；另一方面進行的實時干擾溫度估計為系統的發射端進行功率控制提供必要的參數支持。在某些情況下，監測頻譜也能夠比較準確地判定射頻信號碰撞事件，使認知無線電系統能夠儘快進行主動退避，避免過多地影響原有授權用戶的通信。
為了解決頻譜資源的日益緊張和目前固定分配頻譜利用率較低的矛盾，就要求找到更有效的方法來充分感知和利用無線頻譜資源。基本途徑有兩條：其一，提高頻譜利用率，將已授權用戶的頻譜資源充分利用，減少浪費；其二，提高系統通信效率，將已獲得的頻率資源和其他資源綜合最佳化分配，進而提高利用率。
由於正交頻分復用(OFDM)系統是目前公認的比較容易實現頻譜資源控制的傳輸方式，該調製方式可以通過頻率的組合或裁剪實現頻譜資源的充分利用，可以靈活控制和分配頻譜、時間、功率、空間等資源，自適應頻譜資源分配的關鍵技術主要有：載波分配技術、子載波功率控制技術、複合自適應傳輸技術。
(1)載波分配技術
認知無線電具有感知無線環境的能力。通過對干擾溫度的測量，可以確定“頻譜空洞”。子載波分配就是根據用戶的業務和服務質量要求，分配一定數量的頻率資源。檢測到的“空洞”資源是不確定的，帶有一定的隨機性。OFDM系統具有裁剪功能，通過子載波(子帶)的分配，將一些不規律和不連續的頻譜資源進行整合，按照一定的公平原則將頻譜資源分配給不同的用戶，實現資源的合理分配和利用。
(2)子載波功率控制技術
認知無線電中利用已授權頻譜資源的前提是不影響授權用戶的正常通信。為此，非授權用戶必須控制其發射功率，避免給其他授權用戶造成干擾。功率控制算法在經典的“注水”算法的基礎上，有一系列的派生算法。這些算法追求的是功率控制的完備性和收斂性，既要不造成干擾又要使認知無線電有較好的通過率，且達到實時性的要求。事實上功率控制算法和子載波分配算法是密不可分的。這是因為在判斷某子載波是否可以使用時，就要對其歷史(授權狀況)和現狀(空間距離、衰落)做出判斷，同時還需要計算出可分配的功率大小。
(3)複合自適應傳輸技術
該技術將OFDM和認知無線電思想以及一系列自適應傳輸技術結合，從而達到無線電資源的合理分配和充分利用。為了尋求保證服務質量和最大通過率下的最佳工作狀態，需綜合套用動態子載波分配技術、自適應子載波的功率分配技術、自適應調製解調技術以及自適應編碼技術等一系列自適應技術，形成最佳化的自適應算法。根據子載波的干擾溫度，通過自適應地調整通信終端的工作參數，從而達到最佳工作狀態。設計合理的自適應傳輸技術可以大幅提高頻譜資源利用率和通信性能。
具有認知無線電功能的無線用戶在非授權狀況下使用頻率，必將引起無線電管理部門的注意，並且必定會力求將這種對頻率的使用納入其管理之下。從提高頻譜利用效率的角度出發，不應該壓制基於認知功能的非授權頻譜使用。好的解決方法是改變頻譜管理思想和頻譜管理規則，使其適套用戶的需求和技術的發展。
有研究者提出對頻譜劃分的新構想：依照頻譜套用狀況以及干擾的影響，對頻譜劃分3個等級：嚴格分配管理(不可干擾)、在一定程度上可供非授權使用(可有一定干擾)、無限制的非授權使用。在現階段，絕大多數頻譜為第一等級，即按照嚴格分配來進行管理，因而頻譜利用率較低。新的頻譜管理思想和規則應該使第一等級頻譜所占的範圍縮小，第二和第三等級頻譜所占的範圍擴大，以此來提高頻譜利用率。這樣將頻譜分為3部分，第一部分非授權用戶不可占用，第二部分可適當占用，第三部分可以不受限制占用。第二和第三部分是認知無線電可利用的頻譜。目前各種基於認知無線電的頻譜管理思想和管理規則仍在研究之中。
