Ngày nay, công nghệ viễn thông và internet đã hội tụ để giải quyết các yêu cầu mới cho các dịch vụ không dây có độ tin cậy cao và sử dụng mọi lúc mọi nơi, đòi hỏi phải gia tăng tốc độ dữ liệu và chất lƣợng dịch vụ tốt hơn qua các mô hình quản lý hiệu suất phổ. Mạng thế hệ tiếp theo hứa hẹn giải quyết các vấn đề về phổ để đáp ứng các mô hình dịch vụ mới giữa các mạng tế bào đang tồn tại và mở rộng[14].
Công nghệ chính cho việc nâng cao hiệu suất phổ chính là công nghệ vô tuyến nhận thức (Cognitive Radio), đƣợc giới thiệu lần đầu bởi Mitolla. Vô tuyến nhận thức dựa trên cơ sở các sóng vô tuyến đƣợc định nghĩa bằng phần mềm (Software Defined Radios) và cung cấp khả năng điều chỉnh các tham số thu và phát theo các nhân tố trong và ngoài môi trƣờng vô tuyến nhƣ phổ tần số vô tuyến, cách thức hoạt động và trạng thái mạng.
Theo thuật ngữ CR, một mạng đƣợc cấp phép chính là băng tần phổ của mạng chính PN (Primary Network) và ngƣời dùng trong mạng chính gọi là PUs (Primary Users). Mặt khác, mạng CR cũng tham chiếu đến một mạng thứ cấp SN (Secondary Network) và ngƣời dùng trên mạng thứ cấp gọi là SUs (Secondary Users). Các ngƣời dùng trong mạng SN sẽ không làm nhiễu đến các PUs. Do tính không đồng nhất đƣợc sử dụng, sự thay đổi trong các yêu cầu QoS, ngƣời dùng di động và các khả năng khác nhau của ngƣời dùng đầu cuối, các thiết kế của SN phải đƣa vào các tham số hệ thống thay đổi động. Có ba chức năng cơ bản mà SN phải thực hiện: cảm biến phổ, quản lý phổ và truy nhập phổ.
Cảm biến phổ là thành phần quan trọng trong truyền thông vô tuyến nhận thức, vì nó cho phép CR thích ứng với môi trƣờng của nó bằng cách phát hiện các kẽ hở phổ, nghĩa là các khu vực quang phổ để nó hoạt động một cách thích hợp. Cách hiệu quả nhất để phát hiện sự sẵn có của phần quang phổ là phát hiện dữ liệu nhận của PUs trong phạm vi hoạt động của CR. Tuy nhiên, mô hình phát hiện nhƣ vậy đối phó với các nguồn không chắc chắn khác nhau, từ kênh và nhiễu ồn ngẫu nhiên làm cho hạn chế khả năng của các ngƣời dùng đầu cuối và các mức độ mạng khác nhau. Mặt khác, nó là khó khăn cho CR để có một phƣơng pháp đo trực tiếp của một kênh giữa máy phát và máy thu của PU. Vì vậy, hiện tại hầu hết các thuật toán cảm biến quang phổ tập trung vào phát hiện của PU truyền tín hiệu dựa trên những quan sát của CR tại vùng đó.
Quản lý phổ tập trung vào xác định băng tần phổ phù hợp đƣợc sử dụng bởi mỗi SU để nhằm đáp ứng các yêu cầu của nó. Môi trƣờng không dây CR có tính động rất cao và các kẽ hở phổ thƣờng bị phân mãnh với các kích thƣớc khác nhau. Ngoài ra, sự sẵn có của các kẽ hỡ quang phổ khác nhau trong miền không gian và thời gian, trong khi sử dụng phổ trong miền không gian thì bị ảnh hƣởng bởi PU và SU di động. Điều này làm cho việc thiết kế quản lý phổ có những thách thức lớn về các vấn đề nhƣ tối ƣu hóa thời gian khác nhau và cấu trúc mạng.
Truy nhập phổ đƣợc điều khiển bởi giao thức điều khiển môi trƣờng truy nhập MAC, xác định các cơ hội truyền tải nhƣ thế nào đƣợc khai thác bởi các SUs, nhằm giảm thiểu tranh chấp và can thiệp trong đó. Điều này đạt đƣợc bằng cách sử dụng các cơ chế hoạt động trong miền thời gian, tần số, mã hóa và miền không gian. Tuy nhiên các giao thức MAC hiện tại không cung cấp hỗ trợ đầy đủ cho các yêu cầu không đồng nhất của QoS. Hầu hết trong những giải pháp đƣợc đề xuất xử dụng một kênh điều khiển chung (Common Control Channel) để quảng bá thông tin đến SN, và các bản tin trao đổi đàm phán giữa máy thu và máy phát của trạm thứ cấp SN. Một số đề xuất khác mà không yêu cầu sử dụng kênh điều khiển chung, bao gồm các cơ chế đồng bộ hóa nghiêm ngặt đối với các SUs.