智能無(wú)線(xiàn)電突破頻譜不足的困局

　　一項接一項的研究表明:在任意一個(gè)給定時(shí)刻，人們所用到的頻譜只占美國所有可用頻譜的2%到6%。因此，部署下一代無(wú)線(xiàn)服務(wù)所需的可用頻譜并不短缺，事實(shí)上還有一些富余?然而，不幸的是，限制使用這些頻譜的法規也同樣多得令人吃驚。因此，目前缺乏的其實(shí)是一套相應的政策?技術(shù)和方法，它們有可能使經(jīng)恰當配置的無(wú)線(xiàn)電智能地利用全球范圍的頻譜，同時(shí)又不致引起這些頻譜當前使用者的憤怒?目前，無(wú)線(xiàn)電頻譜的合法用戶(hù)主要包括電視廣播商，蜂窩運營(yíng)商，無(wú)線(xiàn)電天文愛(ài)好者和各種各樣的軍方代表。

　　認知無(wú)線(xiàn)電(CR)被認為是潛在的解決方案?“CR是一種真正智能的無(wú)線(xiàn)電，它具有自我感知?RF感知?用戶(hù)感知的能力，并將包融語(yǔ)言技術(shù)?機器視覺(jué)技術(shù)以及大量有關(guān)無(wú)線(xiàn)電環(huán)境高保真方面的知識，”Mitre公司的研究員JoeMitola說(shuō)?正是Mitola在90年代末發(fā)明了CR這個(gè)術(shù)語(yǔ)。

　　對于迫切想滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)工業(yè)對更多頻譜渴望的美國聯(lián)邦通信委員會(huì )(FCC)來(lái)說(shuō)，CR概念的誘惑力簡(jiǎn)直不可抗拒?在2003年末，FCC新成立的頻譜政策任務(wù)委員會(huì )發(fā)出了一個(gè)征求建議的通知，號召人們對如何商業(yè)化實(shí)現CR提出意見(jiàn)。在此期間，該委員會(huì )還發(fā)布了關(guān)于超寬帶使用的若干法規，并向5GHz和60GHz頻段的非授權應用開(kāi)放了頻譜。

　　FCC可能已經(jīng)原則上采納了CR技術(shù)，而無(wú)線(xiàn)工業(yè)則是毫無(wú)保留地接受了它，認為CR是繼軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SDR)之后的下一個(gè)大事件?“它是一種極富有挑戰性且極其令人感興趣的應用，”Vanu公司的首席技術(shù)官JohnChapin說(shuō)，“FCC把它看成是可能對頻譜沖突產(chǎn)生重大影響的少數幾種技術(shù)之一，而軍方喜歡它是因為他們在頻率規劃方面面臨巨大難題?無(wú)論是在海外進(jìn)行軍事演習，還是在國內進(jìn)行培訓，他們都遇到巨大的頻率分配問(wèn)題。”有了動(dòng)態(tài)自適應的無(wú)線(xiàn)電，軍方將不再局限于一個(gè)靜態(tài)的頻率規劃，而是可以從根本上適應需求的變化。

　　“這些是巨大的推動(dòng)力，實(shí)際上它們推動(dòng)CR發(fā)展的速度比我原先認為的要快，”他說(shuō)，“頻譜是一種極其重要的國家資源，但它目前的利用率實(shí)在太低了。”

　　現在正在研究的CR商業(yè)應用之一是復用在80到850MHz范圍內的電視UHF頻段，在這個(gè)頻段上的傳播特征允許實(shí)現長(cháng)距離?非視距?最后一英里的無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)。

　　盡管對許多人來(lái)說(shuō)，一個(gè)能動(dòng)態(tài)適應其環(huán)境并以“見(jiàn)縫插針”的方式復用已授權頻譜的智能無(wú)線(xiàn)電概念聽(tīng)起來(lái)很吸引人，但合法的頻譜用戶(hù)卻不這么想?他們認為復用會(huì )威脅他們的商業(yè)模式。“如果不是有這么強大的政府推動(dòng)力，CR也許在剛出現時(shí)就夭折了，”Chapin說(shuō)?Chapin稱(chēng)贊FCC不顧現有頻譜用戶(hù)的??，迄今為止一直在支持CR的發(fā)展。

　　然而，來(lái)自頻譜合法用戶(hù)的反對只是CR問(wèn)題的開(kāi)始，而無(wú)線(xiàn)工程界一般把這些問(wèn)題當成是創(chuàng )新的機會(huì )。

　　這些機會(huì )開(kāi)始于硬件層次?CR最極端的形式是一個(gè)可以跳進(jìn)和跳出任何頻段的無(wú)線(xiàn)電，而復雜的?頻率靈活的RF前端和軟件定義無(wú)線(xiàn)電被看成是CR的基礎?美國國防先進(jìn)研究項目局(Darpa)的XG項目是迄今為止最雄心勃勃的動(dòng)態(tài)頻譜適應研究計劃，它要求一個(gè)無(wú)線(xiàn)電可以覆蓋從30MHz到30GHz的整個(gè)范圍，而這看起來(lái)像是CR的最終結果?在此之前，跳頻是最可行的方法，也就是一個(gè)無(wú)線(xiàn)電可以在高價(jià)值的特定頻段之間(例如在800MHz和2.45GHz之間)跳來(lái)跳去。

　　除去無(wú)線(xiàn)電本身的靈活性之外，CR面臨一些與其目標應用相關(guān)的有趣問(wèn)題?撇開(kāi)商業(yè)模式不談，大部分問(wèn)題涉及到一個(gè)無(wú)線(xiàn)電如何感測其環(huán)境和如何實(shí)時(shí)地向其上層協(xié)議棧提供反饋，以避免干擾合法用戶(hù)?對CR來(lái)說(shuō)甚至更特殊的問(wèn)題是:這樣一個(gè)智能無(wú)線(xiàn)電如何才能編程實(shí)現。在面對多層系統不確定性的情況下，如何驗證無(wú)線(xiàn)電也是創(chuàng )新的肥沃土壤。