CUWB:超宽带和认知无线电的完美结合( 二 )


【CUWB:超宽带和认知无线电的完美结合】 针对CR研究中存在的多种描述,美国FCC提出了CR的一个相当简化的版本 。他们在FCC-03322中建议任何具有自适应频谱意识的无线电都应该被称为认知无线电CR 。FCC更确切地把CR定义为基于与操作环境的交互能动态改变其发射机参数的无线电,其具有环境感知和传输参数自我修改的功能 。CR是一种新型无线电,它能够在宽频带上可靠地感知频谱环境,探测合法的授权用户(主用户)的出现,能自适应地占用即时可用的本地频谱,同时在整个通信过程中不给主用户带来有害干扰 。无线电环境中的无线信道和干扰是随时间变化的,这就暗示CR将具有较高的灵活性 。目前,CR的应用大多是基于FCC的观点,因此也称CR为频谱捷变无线电、机会频谱接入无线电等 。
当前,在频谱政策治理部门的带动下,一些标准化组织采用了CR技术,并先后制定了一系列标准以推动该技术在多种应用场景下的发展 。例如,IEEE802.22工作组对基于CR的无线区域网络WRAN的空中接口标准正在制定中,目标是将分配给电视广播的VHF/UHF频带的空闲频道有效的利用起来;IEEE802.16工作组正在着手制定h版本标准,致力于改进如策略、MAC增强等机制以确保基于WiMAX的免授权系统之间、与授权系统之间的共存 。此外,ITU也在努力寻找类似CR的频谱共享技术 。目前,受CR的潜力及其在无线电领域公认的“下下一件大事情的激励,国内不少院校和学者也已经开始了这方面的研究,如西安电子科技大学已经开展的2005年度“863有关CR技术的研究 。
二、UWB与CR结合的可行性分析 由于UWB的超宽带特性,它必然会对共享频段内的其它窄带系统产生干扰,并且自身也将受到其它系统在某频段的强干扰 。无线电频率治理有两个基本的原则:新的无线电技术不得对已有的无线电台(系统)造成有害干扰;受到干扰不得提出保护要求,即要能忍受已有无线电台的各种干扰 。因此,UWB系统必将面对两个比较突出的问题,在共享频谱的时候不得对已有的窄带系统造成有害干扰,同时UWB系统也可能受到来自其它系统的强窄带干扰 。目前,所有针对这个问题的解决方案都是针对UWB系统本身进行优化设计,研究思路大都集中在UWB脉冲信号波形(由于IR-UWB具有许多非凡的优点,如易于数字化及软件化,低成本低功率等,本文限定于IR-UWB)的设计与优化上,以期产生出严格遵守FCC等机构制订的辐射掩模约束条件的脉冲信号,并采用一些有效的抑噪技术来减少对现有窄带系统的干扰 。如寻找一种更优的UWB信号波形,采用自适应编码、调制、比特交织、波束成形及功率控制等已在蜂窝通信中被验证能起到抑制干扰作用的相关技术 。许多研究已经表明,这种思路要想设计出既符合各相关机构制订的频谱掩模约束又可避免相互干扰的脉冲波形是非常有挑战性的 。基于这个考虑,并结合感知无线电具有能感知四周环境非凡是频谱操作环境的特性,我们把CR技术引入到UWB系统的研究和设计中来,给UWB面临的上述问题提供一种全新的解决思路,有可能设计出一种全新的高性能UWB系统 。采用频谱感知技术能提高频谱利用的灵活性,改善频谱共享,有效抑制窄带干扰,与其它系统更好地共存,同时还可潜在地提高频谱的利用率,提高数据传输速率和UWB系统的整个性能 。例如,UWB在10m范围内有很高的传输速率,但由于受发射功率的限制,10m以外的传输速率将大大下降 。在感知四周的频谱环境后,可根据所感知的频谱信息动态地改变传输信道或调整UWB的发射功率,以提高UWB的传输距离,并且不会增加其带给其它系统的有害干扰 。于是,针对UWB技术发展过程中所必须面对的共存问题,并结合UWB和CR技术的优点,本文提出这种被称为认知超宽带无线系统的全新的UWB系统机制,其有望打破目前UWB技术发展中的僵局 。

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