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基于軟件無(wú)線電的廣域自適應(yīng)頻譜技術(shù)

云知道

張濤 宋崎軍
伴隨著基于超大規(guī)模集成電路(VLSI)的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的快速發(fā)展，人們可以逐漸擺脫技術(shù)上的限制，研制出能夠任意訪問(wèn)與電磁頻譜有關(guān)的全維空間而不受時(shí)間、空間、功率等限制的設(shè)備 。
本文介紹了一種新型的能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的自適應(yīng)頻譜接入技術(shù)，它可以更加靈活地使用頻率資源，在一定程度上解決了軟件無(wú)線電(SDR)的頻譜使用問(wèn)題，同時(shí)可以對(duì)頻率這種資源的利用更加有效 。
0、引言
本文介紹的自適應(yīng)頻譜接入技術(shù)是在軟件無(wú)線電的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的一種新型的頻率指配和使用系統(tǒng) 。該系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的頻率指配和使用具有更高的利用率和靈活性 。由于政策的制定相比于技術(shù)的發(fā)展具有一定的滯后性，所以對(duì)于該系統(tǒng)，可能現(xiàn)行的頻譜政策并不能夠支持 。但是我們?cè)谖闹兄饕菑募夹g(shù)的方面來(lái)考慮 。
1、設(shè)計(jì)背景
以往的無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是基于靜態(tài)的 。所謂的靜態(tài)是指經(jīng)過(guò)頻譜治理部門指配頻段之后，通信系統(tǒng)只能在指配的專有頻段上工作 。使用專有的單一的調(diào)制/解調(diào)器、信道協(xié)議等等 。即使是多頻段電話也只在預(yù)先定義的幾個(gè)頻段之間切換 。這種設(shè)計(jì)通常是以惡劣情況為根據(jù)，不能很充分地利用RF頻譜 。而理想的軟件無(wú)線電能動(dòng)態(tài)適應(yīng)頻譜環(huán)境中的任一環(huán)節(jié)的變化，如調(diào)制、編碼、信道協(xié)議以及帶寬等等，并能自適應(yīng)實(shí)時(shí)變化，在多維空間上接入頻譜(多維頻譜空間)，最大程度地增加頻譜利用率 。
靜態(tài)設(shè)計(jì)不僅降低了射頻頻譜的利用率，在其它方面也有影響 。例如移動(dòng)通信系統(tǒng)中，用戶可以在系統(tǒng)空閑時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，但這并不能提高數(shù)據(jù)傳輸速率和頻段的利用率 。假如系統(tǒng)能自動(dòng)感知所處的頻譜環(huán)境，實(shí)時(shí)調(diào)整自身的傳輸或者使用原有指定頻段之外的空閑頻段，這樣無(wú)疑能極大改變頻譜利用率，使用戶能獲得額定之外的帶寬而又不需要增加額外的開銷 。軟件無(wú)線電的高度的靈活性能夠去除靜態(tài)設(shè)計(jì)的局限性 。這使得人們紛紛進(jìn)行不懈的研究和開發(fā)，自適應(yīng)頻譜接入技術(shù)就是其中的一種 。
2、系統(tǒng)介紹
現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，由于技術(shù)和頻譜指配制度上的限制，使得任何頻譜的使用在連續(xù)的時(shí)間上都不是百分之百的，這樣就造成了頻譜資源的極大浪費(fèi) 。理論上，拋開上述限制，射頻頻譜應(yīng)可以隨意地使用和分配 。這在以往，是不可能實(shí)現(xiàn)的，但是隨著無(wú)線電技術(shù)從數(shù)字信號(hào)處理到天線技術(shù)的高速發(fā)展，使得根據(jù)頻譜環(huán)境來(lái)自適應(yīng)地調(diào)整自身進(jìn)而接入整個(gè)范圍內(nèi)的頻譜空間的系統(tǒng)在技術(shù)上成為可能 。這就是自適應(yīng)頻譜接入技術(shù) 。對(duì)于什么是自適應(yīng)頻譜接入技術(shù)，就像軟件無(wú)線電到目前為止沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格統(tǒng)一的定義一樣，自適應(yīng)頻譜系統(tǒng)也沒(méi)有一個(gè)清楚的定義，但是，這個(gè)系統(tǒng)至少要能夠完成以下功能：
*具有感知無(wú)線電頻譜環(huán)境的能力 。
*在一個(gè)自主的、隨機(jī)的、實(shí)時(shí)的環(huán)境中基于測(cè)量和其他先驗(yàn)信息的自我傳輸控制 。
*調(diào)整多個(gè)傳輸參數(shù)，包括(但是不僅僅限于)頻率、功率、調(diào)制方式、信號(hào)定時(shí)、數(shù)據(jù)速率、編碼速率和天線等等 。
*可工作在一個(gè)合作模式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或者非合作方式的系統(tǒng)環(huán)境下(即隨機(jī)對(duì)頻譜的應(yīng)用) 。
由此可見，系統(tǒng)工作分為三個(gè)部分：
(1)首先系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)射頻信道，感知到那些未被占用的空閑信道(黑色方塊為頻譜主要使用用戶)；
(2)根據(jù)所處的頻譜環(huán)境，在空閑的信道上創(chuàng)建與頻譜環(huán)境兼容的射頻傳輸波形，然后采用多個(gè)副載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸(副載波如圖中黑白線所示，可以相鄰也可不相鄰)；
(3)重復(fù)步驟1、2 。

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