超寬帶認知無(wú)線(xiàn)電的關(guān)鍵技術(shù)介紹

1 概述

1.1 認知無(wú)線(xiàn)電

認知無(wú)線(xiàn)電（Cognitive Radio，CR）技術(shù)，無(wú)論是在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界還是全球標準化組織中，都受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。從原理上講，認知無(wú)線(xiàn)電能夠通過(guò)對它所工作的無(wú)線(xiàn)通信環(huán)境的交互感知而自動(dòng)改變自身的發(fā)送和接收參數，從而動(dòng)態(tài)地重復使用可用頻譜。它為日益擁擠的無(wú)線(xiàn)通信系統和設備實(shí)現頻譜資源的高效利用、共存、兼容和互動(dòng)展示了美好的前景。

認知無(wú)線(xiàn)電最早是由Joseph Mitla在1999年提出的，在其隨后的博士論文中他這樣描述了認知無(wú)線(xiàn)電：“無(wú)線(xiàn)數字設備和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò )在無(wú)線(xiàn)電資源和通信方面具有充分的計算智能來(lái)探測用戶(hù)通信需求，并根據這些需求來(lái)提供最適合的無(wú)線(xiàn)電資源和無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)。”認知無(wú)線(xiàn)電的兩個(gè)
最主要目標是高度可靠的通信方式以及高效的頻譜利用率。

1.2 超寬帶（UWB）

超寬帶技術(shù)自上世紀90年代起應用于民用領(lǐng)域后，在國際上掀起了一股研究熱潮，被認為是下一代無(wú)線(xiàn)通信的革命性技術(shù)。超寬帶是指信號的- 10dB相對帶寬大于0.20或絕對帶寬超過(guò)500MHz的通信系統。UWB的這個(gè)定義并沒(méi)有限定它的數據信號的具體實(shí)現形式，既可以采用極窄的脈沖形式，也可以采用傳統的載波方式，也就是說(shuō)包括了任何可以使用超寬帶頻譜的通信形式。

UWB技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得很高的通信容量（大于1Gbit/s），抗多徑衰落，靈活的抗干擾能力以及能夠實(shí)現精確的測距和定位。

同時(shí)，基于認知無(wú)線(xiàn)電的可能應用情景，超寬帶無(wú)線(xiàn)電通信系統被認為是通向實(shí)現認知無(wú)線(xiàn)電的首個(gè)在技術(shù)層面上比較合適的步驟。

1.3 超寬帶與認知無(wú)線(xiàn)電相結合的意義

UWB系統的超帶寬、低功率、近似于噪聲的信號特性，以及通過(guò)控制噪聲干擾水準從而與已經(jīng)申請了頻率使用權的窄帶通信系統共存并同時(shí)在該合法頻帶上進(jìn)行信號傳輸是其魅力所在。因此，探討UWB與認知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的結合具有特殊意義。

首先，UWB無(wú)線(xiàn)電應用面臨周?chē)瓗o(wú)線(xiàn)通信系統的嚴重干擾，同時(shí)對周?chē)恼瓗ㄐ畔到y構成干擾威脅，因此利用認知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)來(lái)實(shí)現協(xié)作共存策略是大有益處的。

其次，從定義來(lái)講，UWB是一種“襯于底層”的通信技術(shù)，和傳統的窄帶非認知無(wú)線(xiàn)設備能實(shí)現共存，因此可以認為這是引進(jìn)認知無(wú)線(xiàn)電概念的最現實(shí)和實(shí)用的環(huán)境。

最后，UWB設備本身具備很寬的工作頻譜，又可以進(jìn)行測頻，從而使得它成為能適應多種無(wú)線(xiàn)工作環(huán)境的通用物理層的理想候選對象。

從這個(gè)背景和動(dòng)機出發(fā)，有人提出了一個(gè)全新的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域，即超寬帶認知無(wú)線(xiàn)電及其演進(jìn)，旨在充分利用UWB無(wú)線(xiàn)技術(shù)作為認知無(wú)線(xiàn)電的一種具體實(shí)現手段。

本文將分別從UWB認知無(wú)線(xiàn)電適配信號的產(chǎn)生、節點(diǎn)間的傳輸功率控制和分布式節點(diǎn)間的合作三部分，詳細介紹UWB認知無(wú)線(xiàn)電（CR-UWB）的關(guān)鍵技術(shù)及其研究現狀。

2 超寬帶認知無(wú)線(xiàn)電適配信號的產(chǎn)生

UWB與認知無(wú)線(xiàn)電相結合首先要面對的技術(shù)問(wèn)題是如何產(chǎn)生一個(gè)頻譜靈活的認知無(wú)線(xiàn)電脈沖波，使它能夠動(dòng)態(tài)地對頻譜分配策略與干擾要求作出反應。這要求該組適配波形的頻譜能適應頻譜分配的頻段，并能滿(mǎn)足FCC頻譜發(fā)射功率譜模板的要求，同時(shí)避免對別的系統造成干擾（如圖1所示）。

圖1 CR-UWB與FCC頻譜模板及周邊無(wú)線(xiàn)環(huán)境相匹配的可變帶寬方案