Altera專(zhuān)家：認知無(wú)線(xiàn)電，認知一切

認知無(wú)線(xiàn)電(CR)已經(jīng)從研究主題，發(fā)展到機密情報和軍事應用，以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)用化技術(shù)。今天，它即將展開(kāi)更廣泛的應用：作為交通運輸、公共事業(yè)、樓宇控制等領(lǐng)域大型機器至機器網(wǎng)絡(luò )每一節點(diǎn)的基本構成;作為蜂窩毫微微基站的支撐技術(shù);以及通信以外的各種應用。

　　對于系統設計人員，除了好奇心之外，有兩個(gè)原因使得他們現在開(kāi)始研究CR。第一個(gè)是，CR這一概念越來(lái)越多的應用于系統無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，從化學(xué)工廠(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò )直至車(chē)輛控制和顯示等。要理解這些系統需要明白無(wú)線(xiàn)電，這是因為CR并不完全是傳送網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。第二個(gè)原因是CR的體系結構代表了很多其他類(lèi)系統體系結構的未來(lái)。您也會(huì )遇到這些概念。

　　認知概念

　　簡(jiǎn)單說(shuō)，CR是能夠理解并適應其信號環(huán)境的無(wú)線(xiàn)電。這是一種擬人化的解釋?zhuān)枰M(jìn)一步的定義。CR檢查其訪(fǎng)問(wèn)頻譜的功率，隔離在其中找到的信號，并對其進(jìn)行分類(lèi)，對比可用帶寬和無(wú)線(xiàn)電服務(wù)主系統當前要求的帶寬，然后，制定并執行通信策略，以滿(mǎn)足系統比特流和延時(shí)要求。這些不同的任務(wù)有各種不同的應用重點(diǎn)。

　　目前，認知概念已經(jīng)用在很多不同的應用中。最早的應用是信號情報和電子戰。在這里，CR至少可以用在三種不同的模式中。首先，在情報應用中，CR會(huì )檢查一段頻譜，探測有可能含有信號的功率，將這些潛在的信號按照調制模式、可能的來(lái)源以及感興趣的程度等進(jìn)行分類(lèi)，然后，配置接收器通道以采集目標傳輸信息。如果您認為最感興趣的內容來(lái)自試圖隱藏自己的無(wú)線(xiàn)電信號，這些信號使用了擴頻短脈沖，那么，您會(huì )看到在這些應用中，CR會(huì )連續監視很寬的頻譜，或者全部記錄下來(lái)，瞬時(shí)鎖定目標信號。

　　很多電子戰應用都是相似的。例如，一臺干擾設備會(huì )按照這里所介紹的方法來(lái)發(fā)現信號并進(jìn)行分類(lèi)，然后對發(fā)射器通道進(jìn)行配置，以便實(shí)時(shí)干擾特定的傳輸信息。在戰場(chǎng)通信應用中，CR會(huì )進(jìn)行掃描并識別，然后，將要傳輸的信息放在環(huán)境中其他信號之間，這樣很難被探測到。

　　民用

　　如果已經(jīng)開(kāi)展了軍事應用，那么，民用也會(huì )很快跟上。三種基本相同的功能是感知、分類(lèi)和自適應，已經(jīng)應用于很多其他簡(jiǎn)單的環(huán)境中。例如，一臺蜂窩手機周期性的檢查來(lái)自附近基站的信號，切換小區，甚至會(huì )相應的切換空中接口標準。相似的，蜂窩毫微微基站——您可以買(mǎi)到的最小的基站，學(xué)習時(shí)可以把它放到桌面上，這種基站需要連續探測數據流以及其帶內的干擾電平，根據所在地方和時(shí)間范圍內的自由頻譜來(lái)調整其功率輸出，選擇要使用的通道。以這種方式，毫微微基站增強了空間利用率，從而提高了網(wǎng)絡(luò )總容量，而不會(huì )由于建筑物干擾導致容量降低。例如，Mindspeed技術(shù)公司在這一領(lǐng)域擁有一些關(guān)鍵知識產(chǎn)權。

　　CR一種新出現的應用是中距機器至機器無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。應用包括智能電網(wǎng)、車(chē)流量控制以及校園級樓宇管理等。據 Weightless特殊興趣組首席技術(shù)官William Webb，很多這類(lèi)網(wǎng)絡(luò )會(huì )使用所謂的空白電視信號頻段：在電視帶寬范圍內本地未被占用的通道。但是在這一頻段內，不允許任何設備干擾任何人的電視接收，也不能干擾已經(jīng)獲得許可的空白電視信號無(wú)線(xiàn)電，但是有可能與其他未獲得許可的低功率設備相互干擾。實(shí)際上，Weightless建議的解決方案是認知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )基于不具有認知功能的小型無(wú)線(xiàn)電終端。

　　結構圖

　　理解這些各種需求怎樣影響無(wú)線(xiàn)電設計最好的方法是了解設備的功能，研究應用需求是怎樣改變設計的。

　　這類(lèi)討論最好是從軟件無(wú)線(xiàn)電(SDR)開(kāi)始。據IMEC的首席科學(xué)家Sofie Pollin，理想的SDR根本就沒(méi)有模擬功能。這類(lèi)無(wú)線(xiàn)電直接對來(lái)自天線(xiàn)的整個(gè)頻段進(jìn)行數字化處理，然后，提取出需要的信號，完全使用軟件編程數字處理器進(jìn)行解調。這樣，軟件定義的部分：無(wú)線(xiàn)電濾波、解調、基帶處理以及發(fā)送側的反向處理等，可以在軟件中進(jìn)行，也可以在由軟件配置和參數賦值的硬件中執行。這樣，無(wú)線(xiàn)電設備只需要調用不同的功能或者傳遞不同的參數就可以改變通道、頻帶、調制方式、協(xié)議，以及糾錯方法等。

　　Pollin很快指出，這種想法在實(shí)際中是很難實(shí)現的。在很多應用中，對天線(xiàn)信號直接進(jìn)行數字化處理需要速度很快的模數轉換器(ADC)，以及很寬的動(dòng)態(tài)范圍，其本身就是一項科學(xué)工程。因此，實(shí)際的SDR進(jìn)行了折中：高度可配置的模擬RF級，以及可配置ADC之前的下轉換器，如 圖1 所示。