感知射頻技術

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感知射頻技術(Cognitive Padio)

　　感知射頻技術提供了一種與傳統單一波段、單一協議不同的無線通信技術，它的特點是低損耗、高度的適應性。CR技術提出的初衷是保持現有成熟的通信體系基礎上提高頻譜利用率。感知射頻技術的基本思想在射頻設備中嵌入智能檢測系統，該智能檢測系統能夠監測大範圍頻譜狀況，這樣，射頻系統便可以瞭解到周圍有哪些波段未被占用，那麼CR系統就可以暫時使用該頻段進行通信;當CR系統檢測該頻段的法定使用者恢復通信，則該設備將放棄該波段，或者是繼續占用該波段，但要調整發射功率、或者是載波的調製方式，不能給原來用戶引入干擾，不能對使用該波段的用戶通信造成影響。CR能夠利用所在環境的空閑通道進行通信，提高頻譜利用率。

　　CR技術可以看作是SDR(軟體定義無線電)技術的一個擴展。SDR技術具有中頻可編程數字接入能力，它包括軟體硬體兩部分，通過管理和分配軟硬體資源來實現通信，SDR允許在不改變硬體的條件下自適應調配到許多標準所採用的無線電頻率但是其本質還是束縛在一系列的波段和協議上。SDR技術能適應變化的通訊協議併進行接入，CR技術在吸收了其優點的同時，又擴展了另外一項新技術，自動感知周圍的無線環境，進行自學習。是否能夠識別非可用的波段、頻間干擾以及頻段使用模式等，成為了CR技術區分SDR技術的明顯標誌。這種新穎的特點也註定了若使CR技術成為一種實用的技術將要而臨很多技術和頻段管理上的難題。

　　雖然感知射頻欲實現的目標相當明確，但是在實際實現過程中卻存在很多問題。要研究可行系統的最佳方案，就要制定其實現過程的標準。不同的射頻系統有著不同的性能，CR設備需要能夠檢測空閑頻段，之後它將檢測整個頻譜的占用情況，並且要檢查該頻譜是否允許使用。如果能夠使用，則設備根據周圍環境情況選擇可以進行通信的方式，如信號的發射功率，調製方式以及發射信號的其它一些屬性。確定採用何種方式發射信號後，有時候會對一些用戶帶來干擾。這些干擾有必要進行評估，要確保干擾足夠小而不影響這些用戶的正常使用。如果能夠達到這項要求，感知射頻技術的設備可以臨時使用該波段進行通信;否則，感知射頻系統還是不能使用該波段。

　　CR網路對其軟體和智能程度有很高的要求，n動選擇空閑頻率進行通信，並且能夠即時調整發射功率，覆蓋範圍和傳送數據速率，使其達到最優化。在這方而有一些經驗可以借鑒，如Bluetooth能夠實現自適應調頻來避免頻率之間相互干擾;蜂窩通信可以調整其發射功率，來降低干擾實現系統性能的優化;Wi-Fi可以適當調整其發送碼率，也是為了適應不利的傳輸環境而進行的調整。這些經驗都可以用於CR系統。

　　CR技術所使用的頻段非常廣，所以在實用過程中要處理一些列的介面。這些介面包括UHF波段電視介面，藍牙介面，UWB介面，無線區域網介面，WiMax介面甚至移動通信的介面。現在所有的射頻技術規範都被限制在某一個頻帶，所有的自適應靈活性都是在相應的頻段上針對各自的接入控制設備設計的，還沒有能夠涉及到多個波段的技術。CR技術要求非常靈活的射頻技術和混合信號接受處理技術，以便能夠在非常廣的波段上進行通信。這將是CR技術中的一項挑戰。

　　CR技術中使用的波段範圍是幾百MHz(電視波段)到6GHz(Wi-Fi波段)oCR設備在低功率發射的環境下，在如此寬的波段上捕獲信號併進行處理，就對設備的天線、信號處理器、濾波器等有很高的要求，才能獲得比較好的系統性能。這將應用到智能天線，信號處理，濾波器設計等領域的尖端技術。

　　CR技術對射頻技術提出了一項新的獨特的要求，即設備要能夠根據本地的干擾環境情況(美國FCC稱之為雜訊溫度)隨時調整其發射信號的性能和屬性。一方面，當某波段未被占用時，精確的檢測雜訊溫度能夠使CR設備有條件的使用該波段，其條件就是當波段使占用者重新開始通信的時候，CR設備就得尋找其它的空閑波段通信了。檢測CR設備可能對其它未知的射頻設備造成的干擾也是非常必要的。在現在CR研究者中分為兩個流派一種完全獨立感知頻段的技術，第二種就是基於資料庫驅動的方式。後者，就是將所有頻段設備都將各自的參數信息輸入資料庫，之後實時的更新資料庫信息，包括所在範圍內有哪些頻率在使用，以及各自頻率的對干擾的容錯能力。而對如此多的難題，智能識別和資料庫的一種組合可能是較為合適的一種選擇。

　　影響感知射頻技術發展和使用的主要因素之一是頻譜管理狀況。感知頻譜技術若成為可行的技術，需要一套更為靈活的頻譜管理方法，因為CR技術需要能夠涉及到相當廣的波段，需要使用不同的調製模式。只有使用更多的可行接入方案，才能夠避免不同頻段之間的干擾，才能夠更為充分的利用頻譜資源。但是這就要從根本上改變過去的無線電頻帶的分配狀態，是一個非技術性的問題，但其中可能涉及到多方利益，也是一個棘手的問題。如在美國，未被占用的電視頻道波段是進行小功率傳輸的比較理想的波段，美國FCC支持;但是廣播協會就要竭力反對，因為美國電視傳播特點是大範圍的覆蓋而，這些電視波段在其邊緣覆蓋區將要受到干擾。歐洲擬採取相對折中的方案，CR設備既可以以某種法定的形式使用一個波段，也可以在現有頻譜分配格局下暫時取得使用某個頻段的許可來進行通信。但CR還在發展，也不一定就是最終的方案。