コグニティブ無線

コグニティブ無線（英: Cognitive radio）とは、無線通信において、複数の通信方式（たとえば、Wi-FiとLTE）に対応した通信機器が、状況に応じて最適な通信方式を選択する技術をいう。
歴史.
コグニティブ無線の考え方は Joseph Mitola III および Gerald Q. Maguire によって 1999年に示された。 無線通信の分野における新しいアプローチであり、後年 Mitola は下記のように記している。
無線携帯情報端末 (PDA) や、同様のネットワークは、ユーザーのコミュニケーションの要求を検知し、要求に最もふさわしい無線の資源や無線サービスを提供する無線の資源やコンピュータ間の通信について十分に知的なものになるだろう。
彼らが考えたのはネットワークやユーザーの要求に対応して自動的に通信に伴うパラメータを変更する完全に構成可能な無線ブラックボックスであり、ソフトウェア無線が進化してゆくべき理想的なゴールとしての考え方であった。
各国の無線に関する統制機関(米国における連邦通信委員会や、英国におけるOfcomなど)は、周波数のスペクトラムの利用が非効率的であることを見出した 。例えば、携帯電話ネットワークの帯域は世界の大半の地域で過密状態だが、アマチュア無線やポケットベルの周波数はそうではない。各国で別個に行われた調査がそれを裏付けており 、周波数の利用率は、時間や場所に強く依存すると結論付けている。さらに、周波数の割り当てが固定的であることにより、ほとんど使用されないが何らかのサービスに割り当て済みの周波数は、割り当てられたサービスとは干渉しないような場合でも、使用許可を得ていない者が使用することができない。これが、使用許可がなくとも、（許可を得た使用者の存在が検知された場合には避けることによって）干渉を起こさない限りにおいては許可する理由となった。これがコグニティブ無線として知られる無線通信方式である。
用語.
送受信に伴うパラメータに依存して、また歴史的な理由から、コグニティブ無線をいくつかに分類することができる。主要な二つの分類として、
また、スペクトラムのうちコグニティブ無線に利用できる帯域により、以下の二つの分類もある
技術.
コグニティブ無線(完全コグニティブ無線)はソフトウェア無線を拡張したものであると考えられたが、現在の大半の研究はスペクトラム検知型のコグニティブ無線（特に TV バンド）に焦点を置いている。スペクトラム検知コグニティブ無線において重要な問題は高品質のスペクトラム検知の装置とスペクトラムを検知した情報をノード間で交換するアルゴリズムを設計することである。単純なエネルギー検出器(energy detector) では信号の存在を正確に検知することを保証できず、より洗練されたスペクトラム検出技術が必要であり、ノード間で定期的に交換されるスペクトラム検知情報が必要となる。協調するノード数を増加させると誤検知の可能性を減らすことができる。OFDMA を用いて空き周波数バンドを適応的に割り当てるのが可能性のある方法である。カールスルーエ大学 の Timo A. Weiss と Friedrich K. Jondral はノードによって検知された空きバンドが OFDMA のサブバンドに即座に割り当てられるSpectrum Pooling システムを提案した。
スペクトラム検知コグニティブ無線には、他にや無線LAN の高スループット拡張や遠距離伝送拡張がある。
コグニティブ無線をコグニティブネットワークへと進化させることも検討されており、CogMesh などのコグニティブ無線メッシュネットワーク (Cognitive Wireless Mesh Network )がこのパラダイムの変化を実現するための候補と考えられている。
主要な機能.
コグニティブ無線の主要な機能には下記のものがある。
コグニティブ無線 (CR) と知的アンテナ (intelligent antenna, IA).
知的アンテナは、空間的なビーム形成と空間的符号化を用いて干渉を打ち消すアンテナ技術である。しかし、これには複数の知的アンテナを用意するか、協調させた知的アンテナ群を必要とする。一方、コグニティブ無線は使用者の端末にスペクトラムの一部が使用中であるかどうかを検出させ、近隣の使用者間でスペクトラムを共有させる。以下の表では、二つの先進技術コグニティブ無線 (CR) と知的アンテナ (IA) の相違点を比較する。