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1、认知无线电网络.txt只要你要，只要我有，你还外边转什么阿老实在我身边待着就行了。听我的就是,问那么多干嘛，我在你身边,你还走错路!跟着我!不能给你幸福是我的错，但谁让你不幸福，我TMD去砍了他 本文由duan923lang贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 未来无线网络的发展 -认知无线电网络 昆明理工大学信自学院通信系 彭艺 一、无线电技术的概念及发展 传统(硬件) 传统(硬件)无线电 软件无线电 SDR） 认知无线电（ （SDR） 认知无线电（智能无线电 CR） CR） 传统无线电(硬件无线电HR) 1.1 传统无线电(硬件无线电H
2、R) 在硬件中执行所有的无线电功能， 在硬件中执行所有的无线电功能，任何功能变化 都要求用物理手段实现。 都要求用物理手段实现。所有无线电都能够进行 调谐以选取特定(有限制的)频率范围， 调谐以选取特定(有限制的)频率范围，而改变这 种调谐需要一定时间。传统上， 种调谐需要一定时间。传统上，在无线电硬件中 定义了这些调谐特性， 定义了这些调谐特性，目的是使这些特性可编程 化。 软件无线电(SDR) 1.2 软件无线电(SDR) 软件无线电(Software Defined Radio)是近几年来提出 的一种实现无线通信的新概念和体制。它的核心是：将 宽带 AD和DA变换器尽可能地靠近天线，而电
3、台功能 尽可能地采用软件进行定义。软件无线电把硬件作为无 线通信的基本平台，对于无线通信功能尽可能用软件来 实现。这样，无线通信系统具有很好的通用性、灵活性， 使系统互联和升级变得非常方便，这很可能使软件无线 电成为继模拟通信到数字通信和固定通信到移动通信之 后的无线通信领域的第三次突破。 软件无线电在通信系统中，特别是在第三代移动通信系 统中的应用越来越成为研究的热点。 第三代移动通信系统中的软件无线电技术 在第三代移动通信系统所要实现的目标与系统的特点中， 最核心的问题是提供不同环境下的多媒体业务及实现包含 水、陆、空的全球覆盖。因而它要求实现多种网络的综合： 无线网与有线网的综合，移动网
4、与固定网的综合，陆地网 与卫星网的综合。这样可以提供全球无缝覆盖，为用户提 供在无线与有线环境下统一的业务使用方式，又适应多种 业务环境，且与第二代移动通信系统兼容，便于平滑升级。 对于通信终端而言，它面对的是多种网络的综合系统，因 而需要实现多频多模式终端（手机）。 3G中的终端问题 3G中的终端问题 第三代移动通信系统可支持的速率为室内静止 2Mbits，步行移动384kbits，车速移动 144kbits，卫星移动9.6kbits，所以手机要 适应宽带多业务的要求。软件无线电为通信系统 提供一种新型的结构，那就是利用统一的硬件平 台，不同的软件来实现不同的功能。只有软件无 线电技术才能解
5、决多频多模式多业务终端问题 。 3G中的软件无线电应用 3G中的软件无线电应用 具体地讲，软件无线电技术在第三代移动通信系统中 的应用体现在以下几个方面： （1）为第三代移动通信手机与基站提供了一个开放的、 模块化的系统结构； （2）智能天线结构的实现，空间特征矢量包括DOA（来波 方向估计）的获得、每射频通道权重的计算和天线波束赋 形； （3）各种信号处理软件的实现，包括各类无线信令规则 与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道 纠错编码软件、信源编码软件算法等。 软件无线电技术是当今计算技术、超大规模集成电路和数字 信号处理技术在无线电通信中应用的产物。它在我国提出的 第三代移动
6、通信系统TD-SCDMA中，应用就更广泛了。 SCDMA系统的基站和终端都采用了高速数字处理器和高速A D变换器，处理速度高于每秒5千万次，全部基带信号处理和 变换都用软件来完成。在SCDMA中软件无线电将实现如下功 能： （1）提供一个开放的模块化的系统结构； （2）智能无线的实现； （3）同步检测、建立和保持； （4）用户终端DQPSK（差分正交移相键控）解调器中的载波恢复、频率校 准和跟踪； （5）每码道功率的检测和发射功率控制的实现； （6）接收通道的电平检测和接收增益控制； （7）扩频调制和解调，包括WAtsH（沃什）码和PN（伪随机）码的产生； （8）语音编译码； （9）DTMF（
7、双音多频）、MFC（多频编码）及各种信号的产生和检测； （10）信道编码、复接和分接； （11）发射脉冲成形滤波； （12）SWAP（交换）信令的差错检测； （13）接收信令的差错检测； （14）发射通道的数字预失真； （15）基站收发信机的校准。 3G手机 广州、北京、上海、沈阳、深圳、秦皇岛、厦门 等主要8个奥运城市于2008年8月开卖TD-SCDMA手 机，正式拉开中国3G应用的序幕 。 视频通话”“手机电视” ”“手机电视 高速无线上网” “视频通话”“手机电视”和“高速无线上网” 成为3G 3G特色业务 成为3G特色业务 。 作为中国首批商用 3G手机，三星 SGH-L288 不仅标
8、志了中国3G 时代 的来临 ,更树立了 SAMSUNG Anycall 在3G 终端市场的领导地位。 3G标准 3G标准 目前，主流的3G技术有三种制式： 目前，主流的3G技术有三种制式： 3G技术有三种制式 分别为 WCDMA（联通） WCDMA（联通） CDMA2000（电信） CDMA2000（电信） TD-SCDMA（移动）。 TD-SCDMA（移动）。 CR技术出现背景 CR技术出现背景 （1）终端动态选择信道的需求 今天，采用同一个无线电，你不能同时利用2.4GHz 和5GHz的WLAN信号，除非你实现两个单独的无线路径来 处理各自的波形。假设SDR技术将在今后几年内解决这一 问题
9、，则下一个技术难点就是找到一个能动态接收或自 动发射不同类型波形的SDR解决方案，使它能自适应于本 地环境并搜索可用于通信的开放频率。为此，认知（感 知）无线电成为学术及研发界的重要课题。 （2）频谱资源的紧张 Static licensing : Pros: Effectively controls interferenc Simple to design hardware Cons: Multiple allocation over all of the band A crisis of spectrum availability Utilization of 0.5% in the 3-
10、4 GHz And 0.3% in 4-5 GHz A new approach to spectrum licensing is needed 认知无线电(CR) 1.3 认知无线电(CR) 认知无线电也被称为智能无线电。从广义上来说是指无 线终端具备足够的智能或者认知能力，通过对周围无线 环境的历史和当前状况进行检测、分析、学习、推理和 规划，利用相应结果调整自己的传输参数，使用最适合 的无线资源（包括频率、调制方式、发射功率等）完成 无线传输。认知无线电能够帮助用户自动选择最好的、 最廉价的服务进行无线传输，甚至能够根据现有的或者 即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。 Term coi
11、ned by Mitola in 1999 Mitolas definition: Software radio that is aware of its environment and its capabilities Alters its physical layer behavior Capable of following complex adaptation strategies “A radio or system that senses, and is aware of, its operational environment and can dynamically and au
12、tonomously adjust its radio operating parameters accordingly” Learns from previous experiences Deals with situations not planned at the initial time of design CR技术的基本概念 1.4 CR技术的基本概念 自1999年“软件无线电之父”Joseph Mitola 博士首次提出了CR的概念并 系统地阐述了CR的基本原理以来，不 同的机构和学者从不同的角度给出了 CR的定义，其中比较有代表性的包括 FCC 和著名学者Simon Haykin
13、教授的 定义。 FCC认为：“CR是能够基于对其工作环 境的交互改变发射机参数的无线电”。 CR定义 CR定义 Simon Haykin则从信号处理的角度出发，认为：“CR是 一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用 人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参 数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部 状态适应接收到的无线信号的统计性变化，以达到以下 目的：任何时间任何地点的高度可靠通信；对频谱资源 的有效利用。 Architecture Basic Non-Cognitive Radio Architecture: Spectrum Scanning and Inte
14、rference Avoidance Module Channel Pooling Server Spectrum Analysis Engine Scanning Engine Cognitive Radio architecture: Networked Device Antenna Sharing Module Processor Processor Data Modem Data Modem Transmitter Transmitter and Receiver and Receiver Wireless Data Transceiver Subsystem Module CR 特征
15、 CR应该具备以下2个主要特征： (1) 认知能力 认知能力使CR能够从其工作的无线环境中捕获或者 感知信息，从而可以标识特定时间和空间的未使用频谱资 源(也称为频谱空洞)，并选择最适当的频谱和工作参数。 这一任务通常采用图1所示的认知环进行表示，包括3个主 要的步骤：频谱感知、频谱分析和频谱判决 频谱感知、 频谱感知 频谱分析和频谱判决。频谱感知的 主要功能是监测可用频段，检测频谱空洞；频谱分析估计 频谱感知获取的频谱空洞的特性；频谱判决根据频谱空洞 的特性和用户需求选择合适的频段传输数据。 (2) 重构能力 重构能力使得CR设备可以根据无线环境动态编程， 从而允许CR设备采用不同的无线传输
16、技术收发数据。可 以重构的参数包括：工作频率、调制方式、发射功率和通 信协议等。 重构的核心思想是在不对频谱授权用户(LU)产生有 害干扰的前提下，利用授权系统的空闲频谱提供可靠的通 信服务。一旦该频段被LU使用，CR有2种应对方式：一 是切换到其它空闲频段通信；二是继续使用该频段，但改 变发射统率或者调制方案避免对LU的有害干扰。 认知无线电与软件无线电之间的关系 为了便于理解CR的基本原理，有必要将CR与软件 无线电(SDR)进行区分。根据电子与电气工程师协会(IEEE) 的定义，一个无线电设备可以称为SDR的基本前提是：部 分或者全部基带或RF信号处理通过使用数字信号处理软件 完成；这些
17、软件可以在出厂后修改。 因此，SDR关注的是无线电系统信号处理的实现方式； 而CR是指无线系统能够感知操作环境的变化，并据此调整 系统工作参数。从这个意义上讲，CR是更高层的概念，不 仅包括信号处理，还包括根据相应的任务、政策、规则和 目标进行推理和规划的高层功能。 一般来说认知无线电系统必须具备以下基本功能： 一般来说认知无线电系统必须具备以下基本功能： (1)对无线环境的场景分析，包括空间电磁环境中干扰温 度的估计和频谱空穴的检测。 (2)信道状态估计及其容量预测，主要有信道状态信息的 估计、信道容量的预测。 (3)功率控制和动态频谱管理。 CR当前的发展与标准 CR当前的发展与标准 当前
18、，认知无线电技术已经得到了各界的关注，很多著名 学者和机构都投入到认知无线电相关技术的研究中，启动 了很多针对认知无线电的重要研究项目。例如德国高校提 出的频谱池系统、美国加州大学Berkeley分校研究组开发 的COVUS系统、美国Georgia理工学院宽带和无线网络实验 室提出的OCRA项目，美国军方DARPA的XG项目、欧盟的E2R 项目等。在这些项目的推动下，在基本理论、频谱感知、 数据传输、网络架构和协议等领域取得了一些成果。 IEEE为此专门组织了两个重要的国际年会交流这方面的成 果。目前，最引人关注的是IEEE802.22工作组的工作，该 工作组正在制订利用空闲电视频段进行宽带无
19、线接入的技 术标准，这是第一个引入认知无线电概念的IEEE技术标准 化活动。 2004年10月，IEEE正式成立IEEE802.22工作组， IEEE802.22别名称为“Wireless Regional Area Network(WRAN，无线区域网络)”。该工作组的目的就是 使用认知无线电技术将分配给电视广播的VHF/UHF频带(北 美为54MHz862MHz)的频率用作宽带访问线路。这是继 2002年实现民用的“UWB”之后又一全新的无线频率应用 技术！ IEEE802.22将要制定的是无线通信的物理层与MAC层规格。 所设想的数据通信频率为数Mbit/秒数十Mbit/秒。电视 转播所
20、用的频率由于是比过去的无线LAN更低的频带，因 此基站设备可覆盖的范围很大，半径超过40km。如果此目 标得以实现，总计300MHz400MHz的频带将可用于室外宽 带通信。 Cognitive Radio Capabilities Frequency Agility ability of a radio to change its operating frequency, combined with ability to dynamically select appropriate operating frequency based on, for example, sensing of s
21、ignals from other transmitters (DFS) Transmit Power Control transmission at allowable limits when necessary but reducing transmit power to allow greater sharing of spectrum when higher power operation is not necessary Spectrum Sharing Mechanism enabling sharing of spectrum under terms of anagreement
22、 between licensee and a third party Cognitive Radio Capabilities (contd) Adaptive Modulation modifying transmission characteristics and waveforms to exploit opportunities to use spectrum Location Determination ability to determine its location and location of other transmitters, then select the appr
23、opriate operating parameters (e.g. power, frequency) allowed at its location Security Features - incorporated to permit only authorized use and prevent unauthorized modifications Improve Access to Spectrum without causing interference = more spectrum Exploit frequency and geography (frequency re-use
24、) now Exploit Time in the near future Exploit Spatial (e.g., Smart Antennas) in the farther future Can Assess Signal Environment Spectrum estimation and Beacon processing ID Signal Formats Location Aware Reconfigurability Adapt Modulation/Coding Power Control Frequency Agility It knows where it is I
25、t knows what services are available, for example, it can identify then use empty spectrum to communicate more efficiently It knows what services interest the user, and knows how to find them It knows the current degree of needs and future likelihood of needs of its user Learns and recognizes usage p
26、atterns from the user Applies “Model Based Reasoning” about user needs, local content, environmental context Sensing Radio Wideband Antenna, PA and LNA High speed A/D & D/A, moderate resolution Simultaneous Tx & Rx Scalable for MIMO Physical Layer OFDM transmission Spectrum monitoring Dynamic freque
27、ncy selection, modulation, power control Analog impairments compensation MAC Layer Optimize transmission parameters Adapt rates through feedback Negotiate or opportunistically use resources PA D/A IFFT MAE/ POWER CTRL ADAPTIVE LOADING TIME, FREQ, SPACE SEL QoS vs. RATE LNA A/D FFT CHANNEL SEL/EST IN
28、TERFERENCE MEAS/CANCEL LEARN ENVIRONMENT FEEDBACK TO CRs RF/Analog Frontend Digital Baseband MAC Layer 基于RKRL语言和SDR平台的认知无线电 基于RKRL语言和SDR平台的认知无线电 RKRL语言和SDR 软件无线电(SDR)是一种多波段多模式个人通信系统平台，其通 过射频带宽、空气介面、协议、空间和实时模式的灵活变化来缓解 无线频谱的紧缺状况。 认知无线电通过在无线域建模来扩展软件无线电的功能，通过 无线知识描述语言(RKRL)来加强个人服务的灵活性。RKRL描述的内 容包括了无线方式、
29、设备、软件模块、传输、网络、用户需求和根 据用户的需求而自动配置的应用方式。RKRL语言可以在软件无线电 平台上实现，这样的平台将无线节点从仅仅执行事先确定好的协议 转变成无线域的智能代理，实现了原先固定功能和通信模式的系统 转变成为智能通信系统的变革。 通过RKRL，认知无线电系统知道高级语言配置均衡器接口和接口线 路延迟结构的具体参数。均衡器接口和接口线路延迟结构采用特定 应用集成电路(ASIC)、现场可编程阵列(FPGA)或者某种软件无线电 算法实现。认知无线电有自己的内部构架模型，如图7所示，能够通 过相应的模式解决出现的问题。 软件无线电平台硬件包括天线、无线射频转换模块、调制解调器
30、和图 7中所示基带处理器、用户接口等硬件模块。基带处理器包括基带调 制解调器和一个终端控制协议栈，此外还包括一个感知装置和一个算 法模块。算法模块包含用来描述无线电本身的RKRL结构、均衡器以及 其中的所有的本体，用RKRL来写，即以软件来替代硬件功能。 实现上述功能，高端内存、计算算法和通信的带宽对认知无线电 都是必需的。根据外部环境变化调整通信系统的配置不会花很长的时 间，一般认知无线电也不需要人来干涉它的工作过程。如果要对认知 无线电进行干涉，主要目的也是为了保证无线电网络的稳定性。很显 然，这种认知无线电网络是复杂的自适应系统，具有适应外界环境变 化的能力。 无线电表述语言 除了自然语
31、言，还有几种计算机语言能够表达相关的无线 电知识。但是，大多数的无线电语言如规范描述语言(SDL)、统一建 模语言(UML)、接口定义语言(IDL)等都是用于描述的计算机语言，缺 乏准确性和灵活性。 在认知无线电的研究中，如何表达外部世界的信息始终是 一个重要的研究课题。RKRL是瑞典皇家科学院(KTH)专为认知无线电 开发的一套语言，是用来描述整个事件知识、计划和需求的语言。它 所包括的知识问询和操作语言(KQML)就是为了使内部知识的交换变得 更加方便。使用KQML，移动节点和网络可以分享预期频谱需求的计划， 可以有效地识别和租用频谱。 RKRL提供了一种标准的能够对随机的数据交换进行动态
32、定义的语言。 RKRL的每个部分根据规则的模式和描述语言的基础来构成，其能力来 自于感知循环中的模式匹配、计划产生能力，由相关的推理引擎来调 整。RKRL包括语法和本体信息。RKRL涉及的范围包括规则的模式、语 言定义、推论模式、多语法和无线的本体。 RKRL是一种并行对象语言，通过基于模式的推理综合了各种语言 的特点。通过RKRL这种标准语言，可动态定义认知无线电系统突发的 数据变换，其代理可以快速地通过操作相关协议使无线规则更好地满 足用户需求，增强了系统的灵活性和反应能力。 认知无线电规则 既然认知无线电能够主动自由地选择射频信道、空中接口、 协议架构以及为了和其他用户竞争的服务价格，从
33、某些方面来说它和 棋类游戏是类似的。网络可以协调这种游戏规则，许多研究人员采用 博弈论来进行信道频谱分配和功率控制，未来在一些频段认知无线电 系统可以完全和其他系统竞争达到无线电资源均衡利用。进行这个游 戏的平台是无线射频频段的各种无线频谱、空中接口、智能天线、实 时模式以及基础设施和手机等，RKRL提供了描述这种游戏平台的语言， 能很好的表述这个游戏的平台和合法使用认知无线电。 认知循环 认知无线电是建立在软件无线电平台之上的一个智能无 线通信系统，它能够感知外部环境、使用边了解边累积的方法对外部 环境进行学习，并根据外部环境提供的激励，对运行参数(如传输功 率、载波频率、调制方式等)进行相
34、应的修改，从而达到内部状态的 自适应调整。其主要目的就是提高无线通信的可靠性和提高无线频谱 资源的使用效率。 认知无线电系统感知学习循环的完整过程如图8所示。图8中，外部世 界提供激励，认知无线电对这些激励进行处理和分析，从而提取有益 于提高其系统性能的相关信息。比如，它可以通过分析全球定位系统 参数，或者加上亮度以及温度决定通信环境是在室内还是室外等等。 这种处理发生在认知循环的观察阶段，对引入和发出的信息进行分析 来获得容量情况，包括分配给用户或是用户所需要提供的容量。有时 候这需要必要的前后相关信息来推测通信的突发性以及相关的内在通 信任务。基于上述信息，认知无线电系统进行通信资源的规划
35、分配， 做出决策，启动接入控制过程，开始通信，并基于信息和学习规则调 整通信系统状态以达到最优性能，然后再开始下一轮感知(观察)，这 是一个循环过程。 认知无线电礼仪 认知无线电能进行有序地工作是因为它有一整套来规范行为 的无线电礼仪规则，这是一组由射频频段、空中接口、协议、空时模 型以及为缓解频谱使用紧张而制订的高层协商规则所组成的规范模式。 频谱租用程序、用户优先级策略和无线电知识描述语言等都为频谱的 统筹规范使用提供了保障，为实现认知无线电的频谱共享提供规范。 认知无线电礼仪协议在频谱有效和混乱之间进行权衡，使得所有的应 急服务、政府、个人和商业用户可以主动或被动地共享该协议的成果。 二
36、、认知无线电网络（CRN） 认知无线电网络（CRN） 无线认知网络 随着认知无线电的发展和深入研究，Motorola及Virginia Tech等公司提出了无线认知网络（认知无线电网络）的概念，他们认 为无线认知网络是一种具有认知能力的网络，能够感知网络当前的状 况，并根据当前的状况来计划、决定并行动，也就是说可以自我配置 来响应和动态自适应操作和环境的改变。自我配置的主要功能组成是 自我意识和自动学习，通过具有网络意识的中间件和网络各组成部分 分布式交叉来实现。无线认知网络能最大化操作者的能力。认知无线 电作为节点构成智能的认知无线网络，是网络的核心。 2.1 特点 采用认知无线电技术的认知
37、无线电网络，由于其 独特的频谱复用性和巨大的覆盖范围，呈现出一 些不同于以往传统网络的特点： 在多系统共存条件下，分配无线资源。用户 在多系统共存条件下，分配无线资源 间的链接需要进行有效的控制和管理，同时满足 延迟和带宽要求，实现数据传输调度。在数据传 输调度时需要考虑以下几个因素：与交叠的认知 无线电小区的共存、业务流对应的调度业务、业 务流的服务质量(QoS)参数值、数据传输的可靠 性和所分配的带宽容量。 系统应该具有多信道支持能力。 系统应该具有多信道支持能力。中心控制器在需 要情况下应该能够将多个邻近频道进行聚合处理 以改善系统性能，支持更多的用户使用并占据更 广的覆盖面。它可以在一
38、些控制帧中指示用户终 端哪些信道可以聚合成组以供使用，而用户则可 以相应地采用多信道模式工作。中心控制器要具 有能够处理跨越多个子信道的上下行传输能力， 并且随着信道数量变化及时调整调度工作。信道 分组使用同时也提高了带宽利用率。主用户检测 程序和分布式感知能力为多信道操作的可行性提 供了保证。 系统面临共存问题。共存问题包括两个层次：一 系统面临共存问题 是对主用户系统的干扰问题；二是对于重叠区、 部分重叠区内认知网络实体的共存问题。为避免 对主用户的干扰，分布式频谱感知、测量、检测 算法以及频谱管理等认知无线电技术所特有的功 能都必须加以考虑。现实中，作为覆盖范围巨大 的多个认知无线电小区
39、之间很有可能会发生部分 重叠，最坏情况下甚至完全重叠。由此引发的自 干扰问题如果不能得到解决，将会严重影响认知 无线电网络工作。 2.2 目前提出的具有代表性的CRN体系结构 目前提出的具有代表性的CRN体系结构 CRN 认知无线电是一个智能无线通信系统，它能够感知外界 环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改 变某些操作参数，使其内部状态适应接收到的无线信号 的统计性变化。 基于CR技术的认知无线电网络具有动态、灵活、智能地 使用频谱资源，提高频谱利用率的特点，其网络结构和 协议体系的设计是实现上述网络功能的关键。现有基于 认知无线电技术的网络架构主要有美国的CORVUS系统， 基于
40、IEEE 802.22的无线区域网(WRAN)和支持多信道多接 口的无线Mesh网络；协议体系有CORVUS协议体系，军用 的XG系统协议及WRAN协议等。 1 CORVUS系统 早在2004年美国加州大学伯克立分校的Brodersen教授领导的研 究组就提出了基于认知无线电方式使用虚拟非授权频谱的CORVUS体 系结构。在CORVUS系统中，由多个次用户(SU)组成次用户组(SUG)。 同一个SUG中的节点可以彼此间以Ad hoc方式通信，或者通过专用接 入节点访问骨干网络(比如Internet)。不同SUG中的SU是不能直接通 信的。假设在对等SU或者SU与接入点(AP)间只存在单播通信，
41、不支 持广播，那么对等SU或SU与AP的通信允许分布式或集中式的组织方 式。 CORVUS系统将SU面对的业务流形式主要划分为2种类型：Web式 和Ad hoc网络式。对应于Web式，SU主要工作类似Internet接入，需 要一个类似基站或者访问点的存在来提供接入服务，因此会采用集 中式控制。而Ad hoc网络式主要工作是节点彼此间进行的通信，采 用分布式控制即可。 CORVUS的协议体系 CORVUS的协议结构基于通用的OSI/ISO协议 栈结构，如图1所示。从这个协议栈结构可以看 到，主要涉及了物理层与链路层。 在物理层中，与认知无线电技术相关的主要 模块包括：频谱感知、信道估计和数据传
42、输功能 模块。系统内SU间的控制和感知信息是通过两个 专用逻辑信道通用控制信道(UCC)和组控制信道 (GCC)来实现传送。UCC是系统唯一的公用控制信 道，每个SU预先知道。每个SUG拥有一个GCC负责 交换组内控制和感知信息。 在链路层上，与认知无线电技术相关的主要模块是：组管理模块， 链路管理模块和介质接入控制模块。 组管理模块：CORVUS体系结构假定系统由主用户(PU)和具有认 知能力的SU组成，PU是某些频段的合法拥有者，SU在认知无线电技 术支持下借用PU暂时未使用频段通信。多个SU组成SU组，任何一个 SU均属于某个组。系统通过定义的信道全局控制信道用来进行组的 管理。新加入网
43、络的SU加入已存在的某个SUG或者新生成一个组，从 UCC处获取所必需的信息。 链路管理模块：该模块负责两个SU之间的通信建立和链路维护。 链路层基于感知信息，信道估计或者用户/法规要求等选择一组子信 道用以建立链接。在物理层感知到有PU意图使用这些信道时，链路 层要换到新的信道以免影响PU并维持自身通信。 MAC模块：MAC是认知无线电系统中比较有挑战性的部分。在多 分组多用户系统中，MAC要能够提供多个SU并发接入一个链接的能力， 甚至要能够管理多个SU的多个链接并发使用同一子信道 2 无线区域网 基于IEEE 802.22标准的无线区域网(WRAN)使用未使用的电视广 播信道，在对电视信
44、道不产生干扰的前提下，为农村地区、边远地 区和低人口密度且通信服务质量差的市场提供类似于在城区或郊区 使用的宽带接入技术的通信性能。 在WRAN的系统中，基站和用户预定设备是主要实体，转发器是 可选的实体，采用集中式的网络结构。在下行方向上，WRAN采用固 定的点对多点星型结构，其信息传播方式为广播方式；在上行方向 上，WRAN向用户提供有效的多址接入，采取按需多址(DAMA)和时分 多地(TDMA)，即各用户场地设备(CPE)以传输需求为基础，根据DAMA 和TDMA机制共享上行信道。用户通过与基站(BS)的空中接口接入核 心网络，一个CPE可支持多个传输数据、语音和视频的用户网络的接 入，
45、通过BS可接入到多个核心网络。在CPE与BS之间，系统可通过转 发器进行转发。在任何情况下，BS提供集中式的控制，包括功率管 理、频率管理和调度控制。 WRAN的协议体系 WRAN的IEEE 802.22标准包括物理层和MAC的协议，与 IEEE 802.16系列中的结构、管理和互联等要求保持一致性。 IEEE 802.22协议中提出的参考结构模型如图3，即由一 个频谱管理模块和多个MAC/物理层模块构成，而CPE仅由 一个MAC/物理层模块构成。其中频谱管理模块使得系统 能够使用不连续的信道，并同时保持了MAC协议的简单性 和可扩展性。该模块负责观察整个目标频段，并将可用 的空闲信道根据一定
46、标准(如每个模块连接的终端数，通 信要求，传输距离等)分配给各个MAC/物理层模块。此外， 频谱管理模块还应能够处理不同模块的请求，如因信道 质量发生变化导致切换信道，因而需获得可用信道信息 的请求。 3 支持多信道多接口的无线Mesh网络 支持多信道多接口的无线Mesh网络按Ad hoc方式或 者混合网络方式布置。如果网络中节点具有一个或多个 无线电接口(如网卡)，可同时接入一个或多个无线信道， 节点具有感知无线环境的功能，可以判断信道的使用情 况，选择相应的信道接入。正是因为节点的这一特点， 使得这类网络结构设计和布置与传统网络有很大不同。 混合结构无线Mesh网络 4 XG项目的协议体系
47、 美国国防部高级研究计划署(DARPA)资助的XG项目也在积极 关注动态使用频谱问题。XG系统设定普通协议分层模型不需重 新修改传统MAC协议，只需适当升级即可，例如传统收发机应用 程序接口(API)可加入XG原语集成为XG改进收发机API，如图2所 示。XG范围只包括在物理层和MAC层，网络层及其以上层也不需 做改动。最终系统形式是完全具有XG特性的MAC层和物理层。但 现阶段主要研究内容是图上中间部分示意的系统协议结构，将 具有XG特性和功能的层次模块集合进原有通信系统中。在这样 的XG的协议栈中，MAC层增加了XG处理模块，物理层增加了XG控 制模块。XG总体而言是一个MAC层的概念，但其中一些重要部分 却分布在物理层。比如感知，它的收集和对接收信号强度的平 均化处理就被设计在物理层进行，这就必须考虑协议的跨层问 题。 XG的物理层增加了XG控制功能模块，该模块识别出部分特定 帧是具有XG特性的并对其进行相应处理。XG处理模块利用物 理层发送和交换频谱利用信息，与物理网络上的其它成员协 调频谱资源分配，这种交互的重要之处在于需要确保选择频 率在收方是可用的，在发端也不会造成信号阻塞。各XG处理 模块彼此协调，执行动态频谱共享，限制对主用户的干扰， 还产生物理层