感知無線電：頻譜共享更智能

　　1999年JosephMitola在軟件無線電的基礎(chǔ)上提出了感知無線電(Cogni-tiveRadio，CR)的概念，為這個(gè)問題提供了解決方法。墨爾本的Adapt4LLC公司在2006年2月份宣布已開發(fā)出世界最早的商用CR系統(tǒng)XG1，該系統(tǒng)取得美國FCC的認(rèn)證，可以在一些授權(quán)頻段未使用的情況下使用該頻段進(jìn)行通信。

　　感知無線電是以軟件無線電為擴(kuò)展平臺的一種新的智能無線通信技術(shù)，它可以感知到周圍的環(huán)境特征，并自動(dòng)調(diào)整其設(shè)備的一些發(fā)射和接收參數(shù)。具有感知能力的設(shè)備能夠在時(shí)域、頻域和空域多維空間，對較寬的頻段不斷地進(jìn)行頻譜偵聽，能夠偵測到這些頻段內(nèi)主用戶，從而能得知頻譜的使用情況。即使是未獲得頻率使用許可的感知設(shè)備，只要在時(shí)域或空域發(fā)現(xiàn)某一特定頻段未被占用，就可以使用該頻段進(jìn)行通信。整個(gè)過程可以通過“偵聽—感知—自適應(yīng)”的循環(huán)來表示。

　　頻譜偵測

　　感知無線電技術(shù)要能夠?qū)崟r(shí)偵聽較寬的頻譜，以發(fā)現(xiàn)“頻譜空洞”(即該頻段內(nèi)主用戶未占用的頻譜)。同時(shí)為了不對主用戶造成有害干擾，感知用戶在通信過程中，需能夠快速檢測到主用戶的再次出現(xiàn)，以便及時(shí)騰出帶寬給主用戶使用。這就需要物理層具有一種新的功能———頻譜偵測功能。

　　動(dòng)態(tài)頻譜分配

　　目前對感知無線電的頻譜共享技術(shù)的研究主要是基于頻譜池(SpectrumPooling)的策略。頻譜池策略的思想是將一部分分配給不同業(yè)務(wù)的頻譜合并成一個(gè)公共的頻譜池，頻譜池中的頻譜可以是不連續(xù)的，整個(gè)頻譜池又可劃分為若干個(gè)子信道。感知用戶可臨時(shí)占用頻譜池里的空閑信道。動(dòng)態(tài)頻譜分配要能協(xié)調(diào)和管理主用戶和感知用戶之間的信道接入。主要有兩種策略：一種是只要頻譜池有空閑的子信道，主用戶就可以選擇空閑信道而不中斷感知用戶的通信；另一種是主用戶并不考慮感知用戶是否占用信道，只要需要就占用信道，而感知用戶必須切換到其他信道。

　　抗干擾技術(shù)

　　采用感知無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻譜共享的前提是必須保證對主用戶不造成干擾。感知無線電里的抗干擾技術(shù)主要有干擾估測和功率控制技術(shù)。在感知無線電系統(tǒng)中，引入了干擾溫度這一度量標(biāo)準(zhǔn)來估測干擾的大小。在CR系統(tǒng)中，發(fā)射功率受到給定干擾溫度和可用頻譜空洞數(shù)這兩種無線網(wǎng)絡(luò)資源的限制。到目前為止，一般采用信息論和對策論來解決功率控制的難題。

　　新的MAC層協(xié)議感知用戶間需要交換一些控制和感知信息。為了滿足感知用戶之間的通信，需要一種新的公共控制信道來完成信令信息的傳輸，CR系統(tǒng)中的MAC協(xié)議設(shè)計(jì)就要考慮特定的控制信道的需求。

　　無線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了許多認(rèn)知無線電技術(shù)，并且能夠利用感知無線電來增強(qiáng)其安全和網(wǎng)絡(luò)性能；基于MIMO-OFDM的CR系統(tǒng)也在研究當(dāng)中。感知無線網(wǎng)絡(luò)將成為具備極高頻譜使用效率的未來新發(fā)展。