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基于软件无线电的广域自适应频谱技术

云知道

张涛 宋崎军
伴随着基于超大规模集成电路(VLSI)的数字信号处理(DSP)技术的快速发展，人们可以逐渐摆脱技术上的限制，研制出能够任意访问与电磁频谱有关的全维空间而不受时间、空间、功率等限制的设备 。
本文介绍了一种新型的能够实现上述功能的自适应频谱接入技术，它可以更加灵活地使用频率资源，在一定程度上解决了软件无线电(SDR)的频谱使用问题，同时可以对频率这种资源的利用更加有效 。
0、引言
本文介绍的自适应频谱接入技术是在软件无线电的基础之上发展起来的一种新型的频率指配和使用系统 。该系统相对于传统的频率指配和使用具有更高的利用率和灵活性 。由于政策的制定相比于技术的发展具有一定的滞后性，所以对于该系统，可能现行的频谱政策并不能够支持 。但是我们在文中主要是从技术的方面来考虑 。
1、设计背景
以往的无线通信系统的设计都是基于静态的 。所谓的静态是指经过频谱治理部门指配频段之后，通信系统只能在指配的专有频段上工作 。使用专有的单一的调制/解调器、信道协议等等 。即使是多频段电话也只在预先定义的几个频段之间切换 。这种设计通常是以恶劣情况为根据，不能很充分地利用RF频谱 。而理想的软件无线电能动态适应频谱环境中的任一环节的变化，如调制、编码、信道协议以及带宽等等，并能自适应实时变化，在多维空间上接入频谱(多维频谱空间)，最大程度地增加频谱利用率 。
静态设计不仅降低了射频频谱的利用率，在其它方面也有影响 。例如移动通信系统中，用户可以在系统空闲时传输数据，但这并不能提高数据传输速率和频段的利用率 。假如系统能自动感知所处的频谱环境，实时调整自身的传输或者使用原有指定频段之外的空闲频段，这样无疑能极大改变频谱利用率，使用户能获得额定之外的带宽而又不需要增加额外的开销 。软件无线电的高度的灵活性能够去除静态设计的局限性 。这使得人们纷纷进行不懈的研究和开发，自适应频谱接入技术就是其中的一种 。
2、系统介绍
现实当中，由于技术和频谱指配制度上的限制，使得任何频谱的使用在连续的时间上都不是百分之百的，这样就造成了频谱资源的极大浪费 。理论上，抛开上述限制，射频频谱应可以随意地使用和分配 。这在以往，是不可能实现的，但是随着无线电技术从数字信号处理到天线技术的高速发展，使得根据频谱环境来自适应地调整自身进而接入整个范围内的频谱空间的系统在技术上成为可能 。这就是自适应频谱接入技术 。对于什么是自适应频谱接入技术，就像软件无线电到目前为止没有一个严格统一的定义一样，自适应频谱系统也没有一个清楚的定义，但是，这个系统至少要能够完成以下功能：
*具有感知无线电频谱环境的能力 。
*在一个自主的、随机的、实时的环境中基于测量和其他先验信息的自我传输控制 。
*调整多个传输参数，包括(但是不仅仅限于)频率、功率、调制方式、信号定时、数据速率、编码速率和天线等等 。
*可工作在一个合作模式的网络系统或者非合作方式的系统环境下(即随机对频谱的应用) 。
由此可见，系统工作分为三个部分：
(1)首先系统实时监测射频信道，感知到那些未被占用的空闲信道(黑色方块为频谱主要使用用户)；
(2)根据所处的频谱环境，在空闲的信道上创建与频谱环境兼容的射频传输波形，然后采用多个副载波进行数据传输(副载波如图中黑白线所示，可以相邻也可不相邻)；
(3)重复步骤1、2 。

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