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感知無(wú)線電的關(guān)鍵問題研究
（作者未知） 2010/6/3
論文關(guān)鍵詞: 感知無(wú)線電;信道;傳輸場(chǎng)景
論文摘要: 感知無(wú)線電技術(shù)是在軟件無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的智能無(wú)線通信技術(shù),是軟件無(wú)線電技術(shù)的擴(kuò)展,它使軟件無(wú)線電從預(yù)先定義協(xié)議的盲目執(zhí)行者轉(zhuǎn)變成為無(wú)線電領(lǐng)域的智能代理。感知無(wú)線電雖具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),但技術(shù)并不成熟,本文對(duì)感知無(wú)線電的無(wú)線傳輸場(chǎng)景分析、信道狀態(tài)估計(jì)及其容量預(yù)測(cè)、功率控制和頻譜管理,無(wú)線電知識(shí)描述語(yǔ)言等關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討,希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作的開展提供一些參考。
一、感知無(wú)線電的概念
感知無(wú)線電技術(shù)用以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜共享。通過檢測(cè)空中信號(hào)占用頻譜,通過探知無(wú)線環(huán)境中空閑頻譜資源,選擇可被自己利用頻率進(jìn)行通信。租借系統(tǒng)通過采用感知無(wú)線電技術(shù),實(shí)時(shí)跟蹤授權(quán)系統(tǒng)占用頻率狀況,隨時(shí)使用、釋放頻段,在保障授權(quán)系統(tǒng)通信前提下,與授權(quán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)共享頻譜。采用頻譜檢測(cè)方式獲取頻譜信息可使感知無(wú)線電技術(shù)能適應(yīng)無(wú)線環(huán)境頻譜使用狀況短期變化,高效利用頻譜,并且感知無(wú)線電技術(shù)不要求改造現(xiàn)有系統(tǒng),對(duì)無(wú)線信道環(huán)境和用戶需求都將具有較好適應(yīng)性。
感知無(wú)線電技術(shù)動(dòng)態(tài)頻譜共享是自適應(yīng)傳輸技術(shù)思想在頻譜分配領(lǐng)域的運(yùn)用。自適應(yīng)傳輸使無(wú)線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸適應(yīng)信道傳輸能力的變化,通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率來改善頻譜利用率。而感知無(wú)線電使無(wú)線通信系統(tǒng)占用的頻譜適應(yīng)無(wú)線環(huán)境頻譜使用狀況的變化,通過增加共享同一頻段的系統(tǒng)數(shù)、用戶數(shù)來提高頻譜利用率。不管是自適應(yīng)傳輸技術(shù)還是感知無(wú)線電技術(shù),其思想的核心都是無(wú)線通信系統(tǒng)能自動(dòng)地適應(yīng)外界環(huán)境和自身需求的變化。
感知無(wú)線電思想可以推廣到移動(dòng)通信其它層面。從低層到高層,要求未來移動(dòng)通信系統(tǒng)能檢測(cè)系統(tǒng)各層參數(shù)與狀態(tài),如鏈路質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�、業(yè)務(wù)負(fù)載、甚至用戶需求,并能適應(yīng)這些變化。從通信端到端,在存在重疊覆蓋多種無(wú)線電通信環(huán)境下,要求移動(dòng)設(shè)備能夠在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間切換,實(shí)現(xiàn)包括終端、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)在內(nèi)的端到端重配置。這也就是所謂的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)(Cognitive Network)。
二、感知無(wú)線電關(guān)鍵技術(shù)分析
作為一種新的智能無(wú)線通信技術(shù),感知無(wú)線電可以感知到周圍的環(huán)境特征,采用構(gòu)建方法進(jìn)行學(xué)習(xí),通過相關(guān)描述語(yǔ)言(Radio Knowledge Representation Language,RKRL)與通信網(wǎng)絡(luò)智能交流,實(shí)時(shí)調(diào)整傳輸參數(shù),使系統(tǒng)的無(wú)線規(guī)則與輸入的無(wú)線電激勵(lì)的變化相適應(yīng),以達(dá)到隨時(shí)隨地通信系統(tǒng)的高可靠性和頻譜利用的高效性。無(wú)線規(guī)則指一系列適合無(wú)線頻譜合理使用的射頻帶寬、空中接口、相關(guān)協(xié)議和空間時(shí)間模式的設(shè)置。感知無(wú)線電系統(tǒng)的重構(gòu)能力很重要,該功能就是以軟件無(wú)線電作為平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)的。重構(gòu)功能是由軟件無(wú)線電實(shí)現(xiàn),而感知無(wú)線電的其他任務(wù)是通過信號(hào)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)的過程實(shí)現(xiàn),其感知過程開始于無(wú)線電激勵(lì)的被動(dòng)感應(yīng),以做出反應(yīng)行為而終止,一個(gè)基本的感知周期要大致分為3個(gè)基本過程,分別是無(wú)線傳輸場(chǎng)景分析、信道狀態(tài)估計(jì)及其容量預(yù)測(cè)、功率控制和頻譜管理,它們的順序執(zhí)行使感知無(wú)線電系統(tǒng)的感知功能得以實(shí)現(xiàn)。
2.1感知無(wú)線電技術(shù)與動(dòng)態(tài)頻譜分配
未來移動(dòng)通信系統(tǒng)滿足用戶需求的關(guān)鍵點(diǎn)是提高頻譜利用率。移動(dòng)通信的發(fā)展使帶來了越來越嚴(yán)重的頻率短缺問題。解決頻率短缺大致有兩類方法,一是擴(kuò)大可利用的頻率范圍,二是提高頻譜利用率。為增加可用頻率,移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率已擴(kuò)展至300GHZ。無(wú)線信道的路徑損耗是隨頻率升高而迅速增加的,所以頻率過高并不利于移動(dòng)通信。因而,更加有效的方法是提高頻譜利用率。
提高頻譜利用率有三類途徑,改進(jìn)通信設(shè)備的傳輸技術(shù),優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)、提高組網(wǎng)能力。目前廣泛采用這兩種途徑,但是這兩種方法能夠獲得的頻潛利用率增益將越來越少。第三種提高頻譜利用率的途徑是改進(jìn)頻譜分配方式。
目前國(guó)際上主要采用固定頻譜分配方式,一個(gè)頻段只分配給一個(gè)無(wú)線接入系統(tǒng),不管分配的頻段是否被頻率牌照的所有者實(shí)際使用,其它無(wú)線接入系統(tǒng)不能占用該頻段。為提高頻譜利用率,可以將一些頻段分配給了多個(gè)系統(tǒng),允許它們同時(shí)占有同一個(gè)頻段,甚至一些頻段可以開放為不需牌照的頻段,允許任意系統(tǒng)占用。盡管固定頻譜分配方式能夠改善系統(tǒng)干擾問題,但由于頻譜的授權(quán)系統(tǒng)并不是在任何地區(qū)的任何時(shí)刻都使用頻率,其頻譜利用率很低。而簡(jiǎn)單地允許多個(gè)系統(tǒng)共享一個(gè)頻段,雖然優(yōu)于獨(dú)占性的固定頻譜分配方式,但由于它對(duì)頻譜共享沒有加以必要的控制,一個(gè)系統(tǒng)占用頻率前并不知道該頻率是否正在被其它系統(tǒng)使用,從而導(dǎo)致了兩方面的問題。可見,如果僅僅是簡(jiǎn)單地允許多個(gè)系統(tǒng)共享頻譜,而不避免系統(tǒng)間干擾,會(huì)制約頻譜利用率的提高,并且不能保證通信質(zhì)量。
為解決頻譜短缺與頻譜利用率低下的矛盾,可以考慮采用動(dòng)態(tài)頻譜（未完，下一頁(yè)）
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