羅　濤　郝建軍　樂光新

[編者按]協(xié)同通信技術(shù)和感知無線電技術(shù)是近年來的研究熱點，已受到廣泛關(guān)注。協(xié)同通信技術(shù)可提高系統(tǒng)的傳輸能力，感知無線電技術(shù)可提高頻譜的使用效率，兩者的結(jié)合將會對未來的無線移動通信系統(tǒng)帶來重大影響。本講座分3期：第1期介紹了協(xié)同通信技術(shù)提出的背景、協(xié)作方式及關(guān)鍵技術(shù)；第2期將介紹感知無線電技術(shù)的基本概念、關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；第3期將探討兩種技術(shù)的有效結(jié)合方式及它們對現(xiàn)代無線通信產(chǎn)生的重大影響。

2 感知無線電技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)、個域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)和城域網(wǎng)絡(luò)(WMAN)技術(shù)迅猛發(fā)展，無線頻譜日益擁擠，特別是傳輸損耗小、適合于遠(yuǎn)距離傳輸、大范圍覆蓋的3 GHz以下頻段更為擁擠。因此，無線頻譜資源已成為制約未來無線通信發(fā)展的主要瓶頸。然而，現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)采用的都是頻譜的固定分配方案，這些已被分配的頻譜資源卻并未得到充分使用，大都在時間和空間上存在不同程度的閑置。美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)2003年底的調(diào)查可以驗證這一點：目前已分配的頻段利用率在15%～85%之間不等，某些頻段如移動手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的頻段是超負(fù)荷的，但是諸如業(yè)余無線電等相當(dāng)多頻段并沒有得到充分使用。因此，針對目前這種頻譜固定分配方式下頻譜使用效率不高的現(xiàn)狀，人們提出采用感知無線電(CR)技術(shù)，用戶根據(jù)實時感知的環(huán)境狀況，充分利用那些在時間或者空間上空閑的頻譜資源，有望解決頻譜資源問題。本講主要討論感知無線電技術(shù)的發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀、基本概念、主要功能、關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 CR發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀

感知無線電這一概念首先由Joseph Mitola博士于1999年提出。由于CR技術(shù)對現(xiàn)存的無線頻譜固定分配制度提出了挑戰(zhàn)，故CR剛一面世就被引起廣泛的關(guān)注和重視。后來，一些頻譜管制部門如FCC和各國的相關(guān)頻率管理部門等都對CR給予了足夠的支持。2002年12月，F(xiàn)CC指出非授權(quán)設(shè)備應(yīng)具備能夠識別未占用頻段的能力；2003年l1月，F(xiàn)CC提出新的量化和管理干擾的指標(biāo)值——干擾溫度的概念，以擴(kuò)展移動和衛(wèi)星頻段的非授權(quán)操作；同年12月FCC成立了CR工作組，明確表示支持CR并修正美國的《電波法》；2004年5月，F(xiàn)CC又建議非授權(quán)無線電系統(tǒng)可在電視廣播頻段內(nèi)進(jìn)行工作。

當(dāng)然，CR技術(shù)同時也引起了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，許多著名的學(xué)者及研究機(jī)構(gòu)都投入到CR的研究中，并且已啟動了許多重要項目，如：德國Karlsruhe大學(xué)Timo A Weiss等教授提出的Spectrum Pooling系統(tǒng)、美國喬治亞理工大學(xué)Ian F Akyildiz等教授提出的OCRA系統(tǒng)、加州大學(xué)的CORVUS系統(tǒng)和Nautilus系統(tǒng)、維吉尼亞理工大學(xué)的CR系統(tǒng)、Peiman等人提出的CMT CR系統(tǒng)、W Xiang等人提出的FMT CR系統(tǒng)、美國軍方DARPA的XG項目、歐盟的E2R項目等。在這些項目的驅(qū)動下，CR技術(shù)已經(jīng)在基本理論、關(guān)鍵技術(shù)、與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的共存等方面取得了一些成果。為了及時交流研究成果，美國電氣電子工程師學(xué)會(IEEE)為此還專門組織了兩個重要的國際年會：IEEE CrownCom和IEEE DySPAN。此外，許多重要的國際學(xué)術(shù)期刊也紛紛于近期刊發(fā)有關(guān)CR的專輯。在中國，國家自然科學(xué)基金委員會、科技部等一些部門也于近幾年相繼批準(zhǔn)投資了若干與CR有關(guān)的基金、“863”計劃項目等，一批高等院校等也都已相繼開展CR方面的研究工作。

2.2 CR基本概念

Mitola在他的博士論文中這樣描述感知無線電：無線數(shù)字設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)在無線電資源和通信方面具有充分的智能性，可探測用戶的通信需求，并據(jù)此來提供最適合的無線電資源和無線業(yè)務(wù)。他給出了一個主要在應(yīng)用層的，以對通信環(huán)境的檢測為基礎(chǔ)的感知圈模型。圖8給出了一種注重頻譜處理的基本感知圈模型。隨后，不同機(jī)構(gòu)和學(xué)者分別從不同的角度給出了CR的定義。其中，比較有代表性的有：FCC認(rèn)為“CR是能夠基于對其工作環(huán)境的交互可改變發(fā)射機(jī)參數(shù)的無線電技術(shù)”；Simon Haykin則從信號處理的角度給出了另外一種定義，他認(rèn)為“CR是一個智能無線通信系統(tǒng)，他能夠感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，通過實時改變某些操作參數(shù)，如載波頻率、調(diào)制技術(shù)、發(fā)送功率等，使其內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)接收到的無線信號的統(tǒng)計性變化，以便充分使用頻譜資源，達(dá)到可在任何時間任何地點進(jìn)行高可靠性通信的目的?！?/p>

實際上，無論上述那種定義，CR至少應(yīng)該都具有對所處周邊環(huán)境的實時感知能力和對通信系統(tǒng)參數(shù)的重新配置能力。感知能力能夠使系統(tǒng)與周圍環(huán)境進(jìn)行交互活動，進(jìn)而選擇合理的通信參數(shù)來適應(yīng)環(huán)境；重新配置能力能夠使系統(tǒng)在不改變?nèi)魏斡布糠值那疤嵯伦赃m應(yīng)地完成發(fā)射載頻、功率以及調(diào)制等通信參數(shù)的改變。從感知方面看，CR是一個信號處理和機(jī)器學(xué)習(xí)的過程；而從重新配置方面看，CR更像是使用軟件無線電技術(shù)來執(zhí)行通過感知能力而獲得的任務(wù)。

2.3 主要功能

根據(jù)定義易知，CR的最終目標(biāo)是通過感知能力獲得最佳可用頻譜，并通過重新配置能力去使用之，從而提高無線頻譜的使用效率。由于目前大多數(shù)頻譜已經(jīng)被固定分配，因此最大的挑戰(zhàn)就是如何與授權(quán)用戶共享這些頻譜而不對其產(chǎn)生干擾。圖9描述了CR是如何動態(tài)地利用那些暫時沒有被使用的頻譜，通常稱其為頻譜空洞或空白頻譜(至少在空間、時間、頻率任一自由度上是空閑的)。如果這一頻段隨后被授權(quán)用戶使用了，那么感知用戶或轉(zhuǎn)移到另外一個頻譜空洞，或繼續(xù)使用該頻段，但此時要改變它的傳輸功率與調(diào)制方法以避免對授權(quán)用戶產(chǎn)生干擾，這樣就可以實現(xiàn)動態(tài)頻譜接入(DSA)。圖9中，實線箭頭給出了一種可能的動態(tài)譜接入方案。由此可見，CR的主要功能可概括為：頻譜感知、頻譜管理、頻譜共享和參數(shù)調(diào)整幾個方面。

●頻譜感知：檢測頻譜空洞，當(dāng)感知用戶工作在授權(quán)頻段時檢測授權(quán)用戶的出現(xiàn)；

●頻譜管理：根據(jù)感知用戶的QoS需求選擇最佳的可用信道；

●頻譜共享：與其他用戶協(xié)調(diào)接入信道，即多用戶多址及資源分配；

●參數(shù)調(diào)整：自適應(yīng)地改變通信參數(shù)以盡可能地適應(yīng)環(huán)境的變化。

2.3.1 頻譜感知

CR通信技術(shù)的一個重要前提就是頻譜感知能力，即設(shè)備如何及時獲取頻譜空洞，這也是CR應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。為了不對授權(quán)用戶(LU)造成干擾，感知用戶(CU)在利用頻譜空洞進(jìn)行通信的過程中，需要能夠快速感知到LU的再次出現(xiàn)，并迅速規(guī)避相應(yīng)頻段，或在LU干擾門限之下繼續(xù)通信。這就要求CU應(yīng)具有高可靠性的頻譜感知功能，且能夠?qū)崟r地連續(xù)偵聽頻譜。目前，傳統(tǒng)的頻譜感知技術(shù)可分為單節(jié)點和基于干擾的檢測兩大類。單節(jié)點感知是指單個CR節(jié)點根據(jù)本地的無線射頻環(huán)境單獨進(jìn)行頻譜特性標(biāo)識，主要包括匹配濾波檢測、能量檢測和循環(huán)平穩(wěn)特征檢測等算法。基于干擾的頻譜檢測算法要求實時檢測授權(quán)用戶的干擾水平，尋求使其不超過FCC所定義的干擾溫度的頻譜。但該方法通常要求CR節(jié)點知道授權(quán)用戶的位置及相關(guān)信息，目前尚面臨很多問題。事實上，無論上述哪一種頻譜感知算法的效果都不是特別理想，尤其是遭受到嚴(yán)重衰落或授權(quán)用戶以小功率發(fā)送信號等情況時，感知用戶均很難做到準(zhǔn)確檢測，從而導(dǎo)致對授權(quán)用戶的嚴(yán)重干擾。因此，人們提出了協(xié)作頻譜檢測算法：它通過數(shù)據(jù)融合，利用多個節(jié)點的感知結(jié)果進(jìn)行綜合判決。協(xié)作檢測算法不僅降低了對單個檢測節(jié)點的要求，減輕了其負(fù)擔(dān)，而且提高了對微弱信號的準(zhǔn)確檢測，這等效于擴(kuò)大了CU頻譜感知的地理范圍，從而有可能更進(jìn)一步地提高頻譜的使用效率。但協(xié)作檢測算法需要有協(xié)作伙伴的參與，且實現(xiàn)要復(fù)雜一些。

2.3.2 頻譜管理

CR通信系統(tǒng)中，通過頻譜感知功能探測到的未被使用的頻譜空洞可能分散在包括授權(quán)頻段和非授權(quán)頻段的很寬的頻率范圍內(nèi)，它們在空時頻維度上也存在不同的差異，如具有不同的中心頻率、帶寬等動態(tài)特征，可供使用的時間也可能不同等。由于CR技術(shù)需要在所有可用的頻段中判決出條件最好的分配給最需要的用戶，以滿足不同用戶的各種QoS要求。因此它需要具備頻譜管理的功能。頻譜管理是在頻譜感知的基礎(chǔ)上進(jìn)行頻譜分析和頻譜判決，即根據(jù)CU用戶的QoS需求和授權(quán)用戶的干擾限制，在檢測到的頻譜空洞中選擇出最佳信道。頻譜分析的目的是歸納可用頻譜空洞的頻譜特性，以便作出最符合用戶要求的判決；而頻譜判決指CR應(yīng)該根據(jù)用戶的傳輸速率、可接受的誤碼率、最大延遲、傳輸模式和傳輸帶寬等QoS，為當(dāng)前的傳輸選擇最合適的運行頻段。然而，與固定頻譜分配方式不同，CR系統(tǒng)中的用戶是一種動態(tài)頻譜分配方式：當(dāng)信道狀態(tài)發(fā)生變化或更高優(yōu)先級的用戶接入當(dāng)前通信頻段時，就需要及時進(jìn)行規(guī)避或者通過頻譜切換跳轉(zhuǎn)到另一個空閑頻點上繼續(xù)進(jìn)行通信，也稱之為頻譜的移動性管理，即鏈路維持和頻譜切換。在CR用戶的可用信道列表中可能存在多個可用頻譜，故頻譜移動性處理需要設(shè)計快速頻譜選擇算法和快速頻譜切換算法。頻譜選擇算法根據(jù)可用頻譜的信道特性和業(yè)務(wù)的需求可為用戶選擇通信頻譜，優(yōu)化整個系統(tǒng)的頻譜利用率。頻譜切換算法應(yīng)該保證上層業(yè)務(wù)在切換中盡可能地不受影響，可分為初始化、判決和切換3個階段。

2.3.3 頻譜共享

在感知無線電系統(tǒng)中，開放頻譜的一個重要挑戰(zhàn)就是頻譜共享。如果說頻譜感知主要涉及物理層，頻譜管理與上層業(yè)務(wù)關(guān)系較為密切的話，那么CR中的頻譜共享問題就如同現(xiàn)有通信系統(tǒng)中MAC層的多用戶多址及資源分配技術(shù)。CU與LU的共存及可用帶寬的非集中式管理問題等都是頻譜共享中的主要問題。

基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，頻譜共享技術(shù)可分為集中式與非集中式(即分布式)兩種。所謂集中式是指網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(即各用戶)都把自己的頻譜檢測信息匯聚到集中控制單元，由控制單元繪制出頻譜分配映射圖；而分布式則是指各個分布式節(jié)點都參與頻譜分配，頻譜接入是由各節(jié)點自己決定的?；陬l譜分配行為，頻譜共享技術(shù)可分為合作式與非合作式。合作式是指每個節(jié)點都會與其他節(jié)點分享自己對周圍環(huán)境感知的結(jié)果，頻譜分配算法中也會考慮所有這些信息；而非合作式則是指各節(jié)點僅僅考慮自己的行為，即認(rèn)為各節(jié)點是“自私的”?；诮尤爰夹g(shù)，頻譜共享技術(shù)又可分為填充式(Overlay)與共享式(Underlay)兩種。Overlay是指一個CU利用未被使用的頻譜空洞接入網(wǎng)絡(luò)，其實就是頻譜在LU和CU之間的一種時分復(fù)用，當(dāng)然這種情況下對LU的干擾也最?。欢鳸nderlay則是指CU可使用CDMA及UWB等擴(kuò)頻技術(shù)與LU共享同一頻段。Underlay情況下，LU將CU的信號看作噪聲(實際上就是干擾溫度的概念)，需要仔細(xì)設(shè)計。顯然，當(dāng)感知用戶已知授權(quán)系統(tǒng)的全部信息時，Overlay方式的性能要優(yōu)于Underlay方式；而當(dāng)無法獲得授權(quán)系統(tǒng)的相關(guān)信息時，Underlay方式的性能要好一些。采用CR技術(shù)實現(xiàn)頻譜共享的前提是必須保證LU通信的可靠順暢進(jìn)行，即保證CU對LU造成的干擾始終處于干擾溫度限之下。分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，CU的功率分配是造成干擾的主要原因，因此探索適用于CR技術(shù)的分布式功率控制方案是非常重要的問題。

2.3.4 參數(shù)調(diào)整

為了適應(yīng)周邊不斷變化的無線環(huán)境，CR系統(tǒng)需要根據(jù)頻譜感知、管理和分配的結(jié)果來實時調(diào)整自己的通信參數(shù)，而不是外部設(shè)定，因此CR系統(tǒng)的自我配置能力是相當(dāng)重要的。從這個意義上說，CR是一種智能通信系統(tǒng)。一般地，CR系統(tǒng)可調(diào)整的通信參數(shù)主要有：

●工作頻段：基于周邊無線環(huán)境實時選擇最優(yōu)頻段進(jìn)行通信，自適應(yīng)地在頻譜空洞間進(jìn)行頻譜切換。

●傳輸功率：在允許的范圍內(nèi)進(jìn)行動態(tài)發(fā)射功率調(diào)整，盡可能地降低RU和LU之間及RU之間的相互干擾，保證通信順暢進(jìn)行。

●編碼、調(diào)制方式：實時調(diào)整信道編碼、調(diào)制方式，盡可能地適配當(dāng)前頻譜空洞的傳輸特性，滿足用戶的QoS需求。如，對于實時性語音業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸速率比差錯率更重要，可以選擇具有高效率的信道編碼方式和多進(jìn)制調(diào)制方式。

●通信系統(tǒng)：通信環(huán)境變化時，CR甚至需要在不同的通信系統(tǒng)之間進(jìn)行切換。

事實上，CR通信系統(tǒng)的上述幾個主要功能之間常常是很難嚴(yán)格界定的，它們之間動態(tài)相互交融，更像是一個整體。

2.4 CR關(guān)鍵技術(shù)

雖然感知無線電技術(shù)的研究已取得很多成果，但仍有不少問題需要進(jìn)一步探討和研究。目前，感知無線電關(guān)鍵技術(shù)的研究主要包括：

(1)頻譜感知及分配技術(shù)

頻譜感知是CR技術(shù)的基礎(chǔ)和前提，自適應(yīng)頻譜分配技術(shù)可充分使用已檢測到的空閑頻譜，提高無線頻譜的使用效率。研究熱點主要有：準(zhǔn)確度高的頻譜檢測算法，尤其是低信噪比下的算法，如協(xié)作頻譜檢測算法、基于循環(huán)功率譜特征的檢測算法等；自適應(yīng)頻譜分配/用戶接入算法：基于預(yù)測的頻譜分配算法，基于圖論的頻譜分配算法，基于定價拍賣的頻譜分配算法，基于博弈論的感知頻譜共享算法；傳輸頻譜空洞信息和控制信息的公共信道的建立算法等。

(2)干擾消除技術(shù)

感知無線電系統(tǒng)中，干擾主要包括RU用戶對LU用戶的干擾，RU用戶之間的干擾，LU用戶對RU用戶之間的干擾等幾大類。為了保證LU用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量，要求RU對LU的干擾必須處在低于干擾溫度的范圍內(nèi)。目前，研究熱點主要有選用合適的波束成形脈沖、采用加窗方法等降低正交頻分復(fù)用(OFDM)頻譜的帶外泄露，選用準(zhǔn)確度高的頻譜檢測算法，選用避免沖突的頻譜分配算法等。

(3)多載波調(diào)制技術(shù)

多載波調(diào)制(MCM)技術(shù)將多用戶的接入與子載波的分配算法相關(guān)聯(lián)，利用DFT易于實現(xiàn)，故目前的CR系統(tǒng)大都基于MCM構(gòu)建。MCM主要包括OFDM和濾波器多音調(diào)制(FMT)等實現(xiàn)方式。CR系統(tǒng)中，OFDM雖較FMT易于實現(xiàn)，但對頻率同步要求高，旁瓣泄露大，對LU用戶的干擾較嚴(yán)重。FMT由于使用了濾波器組，雖實現(xiàn)復(fù)雜一些，但干擾小。因此，綜合考慮互干擾消除、對同步的敏感程度及傳輸效率時，F(xiàn)MT技術(shù)更具優(yōu)勢。

(4)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

在CR系統(tǒng)中存在有兩個系統(tǒng)：由LU用戶組成的授權(quán)系統(tǒng)和由RU用戶組成的感知系統(tǒng)。它們既相互獨立，又有聯(lián)系。一般而言，授權(quán)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，感知系統(tǒng)既可采用具有中心節(jié)點的系統(tǒng)，也可采用無中心節(jié)點的Ad Hoc系統(tǒng)。目前對具有中心節(jié)點系統(tǒng)的研究較多，由于復(fù)雜度等原因?qū)d Hoc系統(tǒng)的研究還較少。

(5)與其他技術(shù)的結(jié)合

協(xié)同通信技術(shù)可與許多技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮各自的技術(shù)優(yōu)勢，提高系統(tǒng)傳輸能力。例如，前面提到的與協(xié)同通信技術(shù)的結(jié)合，可在提高傳輸性能的同時盡可能地提高頻譜的使用效率；與信道編碼技術(shù)的結(jié)合可進(jìn)一步提高系統(tǒng)對抗無線信道衰落的能力；與多載波技術(shù)的結(jié)合可在對抗頻譜選擇性的同時增加CR系統(tǒng)用戶接入的靈活性，并且簡化算法等。

2.5 相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)

在頻譜政策管理部門的帶動下，一些標(biāo)準(zhǔn)化組織接納了CR技術(shù)并先后制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)以推動該技術(shù)的發(fā)展。目前涉及CR標(biāo)準(zhǔn)制訂的組織和行業(yè)主要有IEEE和國際電信聯(lián)盟(ITU)等。下面主要介紹IEEE目前正在制訂的與CR有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，主要有：IEEE 802.22、IEEE 802.16h、IEEE SCC41/IEEE P1900、IEEE 802.11h以及IEEE 802.11y等。

(1)IEEE 802.22標(biāo)準(zhǔn)

IEEE于2004年10月正式成立 802.22工作組，其第1版草案標(biāo)準(zhǔn)于2006年底通過。IEEE 802.22是把CR技術(shù)由概念變成現(xiàn)實的首個標(biāo)準(zhǔn)，也是目前較為完善的全球第一個關(guān)于CR技術(shù)的空中接口標(biāo)準(zhǔn)，它對CR技術(shù)的演進(jìn)和發(fā)展具有重要意義。IEEE 802.22也被稱為無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WRAN)，系統(tǒng)工作頻率為54 MHz～862 MHz(可擴(kuò)展到41 MHz～910 MHz)的VHF/UHF電視頻段，專門研究在不干擾現(xiàn)存電視頻段的情況下，如何充分利用該頻段進(jìn)行無線通信，制定其物理層和MAC層空中接口標(biāo)準(zhǔn)。為了與各種電視標(biāo)準(zhǔn)兼容，它的信道帶寬包括6 MHz、7 MHz和8 MHz三種。

IEEE 802.22系統(tǒng)定義了一個固定點對多點的無線空中接口，必須由一個基站和至少一個感知用戶構(gòu)成?；矩?fù)責(zé)管理整個小區(qū)和相關(guān)的所有感知用戶終端。除了傳統(tǒng)的基站功能之外，802.22系統(tǒng)的基站還必須具有分布感知的能力，即能夠指導(dǎo)用戶設(shè)備對不同的信道進(jìn)行分布式的測量工作。然后，BS根據(jù)收到的反饋信息和自己感知到的信息決定下一步的行動，如改變發(fā)射頻率、發(fā)射功率等傳輸傳輸，以避免對電視頻段的各種法定授權(quán)業(yè)務(wù)等造成干擾。與IEEE 802系列的其他標(biāo)準(zhǔn)相比，802.22系統(tǒng)是針對無線區(qū)域網(wǎng)的。由于800 MHz以下電視頻帶的傳播特性好，因此，可以說802.22系統(tǒng)是目前覆蓋范圍最大的無線通信系統(tǒng)。若基站功率不受限制的話，其覆蓋范圍的半徑可達(dá)100 km，即使在目前標(biāo)準(zhǔn)給出的有效全向輻射功率(EIRP)為4 W時，覆蓋半徑也可達(dá)到 33 km。802.22系統(tǒng)的頻譜利用率處于每赫茲0.5～5 b/s之間，若按平均值3 b/s來計算的話，6 MHz帶寬的信道容量就可達(dá)到18 Mb/s。

IEEE 802.22標(biāo)準(zhǔn)中，上下行的物理層均采用OFDM調(diào)制技術(shù)?？紤]到傳播時延大約在25 ?滋s～50 ?滋s范圍內(nèi)，正交頻分多址接入(OFDMA)系統(tǒng)選用2 048個子載波數(shù)，40 ?滋s左右的循環(huán)前綴。OFDMA多址接入技術(shù)可以方便地實現(xiàn)子載波分配，整合使用物理上并不連續(xù)的頻率空洞資源，為感知無線電高效利用頻譜資源提供了可能。結(jié)合自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)，OFDM系統(tǒng)可根據(jù)信道的實際情況動態(tài)地調(diào)整帶寬、調(diào)制編碼方式等，易于滿足不同用戶的不同服務(wù)質(zhì)量需求，為其提供靈活的服務(wù)。與系統(tǒng)提供的QPSK、16QAM、64QAM等調(diào)制技術(shù)以及1/2、3/4、2/3卷積碼結(jié)合，可以實現(xiàn)從每個子載波幾Kb/s到每個電視頻道19 Mb/s的速率。初步的鏈路預(yù)算表明，僅采用一個完整的電視信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸還滿足不了802.22的傳輸要求，因此系統(tǒng)還提出使用信道合并的解決方案，即將多個電視信道進(jìn)行捆綁。信道合并有合并相鄰信道和合并不相鄰信道兩種方案，分別稱為信道接合和信道聚合。需要說明的是，目前的信道接合方案均采用固定載波間隔進(jìn)行，即捆綁兩個電視信道時采用2×2 048個子載波數(shù)的OFDMA系統(tǒng)，3個時采用3×2 048等。

IEEE 802.22標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)及物理層的一些主要參數(shù)分別如表2和表3所示。

(2)IEEE 802.16h標(biāo)準(zhǔn)

1999年，IEEE成立了IEEE 802.16工作組專門開發(fā)寬帶固定無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(WiMAX)，目標(biāo)就是建立一個全球統(tǒng)一的寬帶無線接入標(biāo)準(zhǔn)。但是，隨著IEEE 802.16系列規(guī)范的不斷制訂和完善，頻譜資源問題成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵問題。為此，2004年12月，專門成立了致力于解決共存問題的IEEE 802.16h工作組。IEEE 802.16h標(biāo)準(zhǔn)的主要思路是：在IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)制定的QoS的要求下，利用感知無線電技術(shù)讓多個系統(tǒng)共用資源，以確?；贗EEE 802.16的免授權(quán)系統(tǒng)之間的共存以及與授權(quán)系統(tǒng)之間的共存。

(3)IEEE SCC41/IEEE 1900標(biāo)準(zhǔn)

2005年，IEEE成立了IEEE 1900工作組，主要進(jìn)行與下一代無線通信技術(shù)和高級頻譜管理技術(shù)相關(guān)的電磁兼容的研究。該工作組對于感知無線電技術(shù)的發(fā)展及其與其他無線通信系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和共存有著極其重要的意義。IEEE 1900包括IEEE 1900.1、IEEE 1900.2、IEEE 1900.3和IEEE 1900.4四個工作組。后來2007年IEEE 1900工作組被更名為“IEEE SCC41/

DySPAN”(IEEE Standards Coordinating Committee / Dynamic Spectrum Access Networks)工作組，主要致力于下一代寬帶無線通信系統(tǒng)中的高級頻譜管理技術(shù)研究，開始考慮商用開發(fā)，如感知無線電、動態(tài)譜接入等。IEEE SCC41將IEEE 1900原來的4個工作組擴(kuò)展為6個工作組1900.1-6。IEEE 1900.1的任務(wù)是解釋和定義有關(guān)下一代無線電系統(tǒng)和頻譜管理的術(shù)語和概念；IEEE 1900.2工作組主要為干擾和共存分析提供操作規(guī)程建議，提供分析各種無線服務(wù)共存和互相間干擾的技術(shù)指導(dǎo)方針；IEEE 1900.3主要為軟件無線電的軟件模塊提供一致性評估的操作規(guī)程建議；IEEE 1900.4定義了網(wǎng)絡(luò)資源管理和設(shè)備資源管理模塊，以及模塊之間需要交互的信息。這些模塊使得在異構(gòu)無線接入網(wǎng)中，通過在網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備之間的協(xié)商來優(yōu)化無線資源分配和動態(tài)頻譜接入，以改進(jìn)系統(tǒng)容量和服務(wù)質(zhì)量。IEEE 1900.5的主要任務(wù)是定義一整套在不同廠商的兼容設(shè)備間進(jìn)行互操作的策略原語，用于描述動態(tài)頻譜接入等功能；IEEE 1900.6的主要任務(wù)是定義一個用于無線系統(tǒng)中，信道感知模塊與其他模塊之間的可擴(kuò)展的接口框架和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它不依賴于任何一種具體的無線技術(shù)，使得今后出現(xiàn)的其他無線技術(shù)仍然能夠繼續(xù)使用。IEEE 1900.1和IEEE 1900.2已于2008年發(fā)布。

(4)IEEE 802.11h標(biāo)準(zhǔn)

IEEE 802.11h標(biāo)準(zhǔn)最初源于歐洲5 GHz頻段的頻譜管理和發(fā)射功率控制協(xié)議。其實，在歐洲的無線局域網(wǎng)HIPERLAN和IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)所使用的5 GHz頻段中還存在其他設(shè)備，如雷達(dá)。因此，為了保證無線局域網(wǎng)不受到這類設(shè)備的干擾是困難的?；诖?，為了使IEEE 802.11a無線電能夠檢測到這類雷達(dá)信號并避免對他們形成干擾，IEEE 802.11工作組制訂和發(fā)布了IEEE 802.11h標(biāo)準(zhǔn)，作為IEEE802.11的媒體接入控制和物理層規(guī)范的擴(kuò)展協(xié)議，現(xiàn)在已被許多國家采用。IEEE 802.11h協(xié)議修改了IEEE 802.11a物理層標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)了5 GHz頻段的網(wǎng)絡(luò)管理、動態(tài)頻譜管理和發(fā)射功率控制，提高了信道能量檢測和報告、多個管理域的信道覆蓋、動態(tài)信道選擇和傳輸功率控制機(jī)制等。

(5)IEEE 802.11y標(biāo)準(zhǔn)

2005年7月，F(xiàn)CC開放了用于固定衛(wèi)星服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的3.65~3.7 GHz頻段。IEEE 802.11y標(biāo)準(zhǔn)正是基于此頻段開發(fā)，規(guī)范在此頻段上進(jìn)行的無線局域網(wǎng)通信的機(jī)制，避免對該頻段中的其他通信用戶帶來干擾。IEEE 802.11y標(biāo)準(zhǔn)定義了傳輸初始化的過程，確定信道使用狀況的方法，檢測到信道忙時的重傳機(jī)制等內(nèi)容。IEEE 802.11y使用5 MHz、10 MHz、20 MHz等多種帶寬和OFDM多載波調(diào)制技術(shù)。借助OFDM技術(shù)的子載波分配等特點，它可實現(xiàn)多種帶寬間的快速調(diào)整和靈活切換，從而避開授權(quán)用戶的工作頻段，降低對授權(quán)用戶的干擾，提高系統(tǒng)的魯棒性和靈活性。

(待續(xù))

收稿日期：2009-01-21

羅濤，博士，北京郵電大學(xué)副教授。先后承擔(dān)和參與國家“863”、自然科學(xué)基金項目及企業(yè)合作項目多項。主要研究方向包括感知無線電、協(xié)同通信、MIMO、OFDM、高速無線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)等。發(fā)表論文30余篇。

郝建軍，博士，北京郵電大學(xué)副教授。主要研究方向包括感知無線電技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編碼及協(xié)同通信技術(shù)等。發(fā)表論文10余篇。

樂光新，北京郵電大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。主要研究方向包括數(shù)字通信與信息處理、寬帶無線通信與無線IP網(wǎng)等。已發(fā)表論文百余篇。