基于認(rèn)知無線電的高效頻譜利用技術(shù)

3。3 頻譜共享
目前普遍認(rèn)為適用于CR的調(diào)制策略是正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）。這是因?yàn)镺FDM的靈活性和計算上的有效性。很明顯，隨著時間的變化，可用頻譜孔來來去去，OFDM不斷調(diào)整其載頻，如圖2所示。

圖2 動態(tài)頻譜共享過程

圖2描述了在四載頻情形下，頻譜共享策略在T1，T2，T3(T1T2T3)時刻根據(jù)可用頻譜孔的情況分配信道帶寬。頻譜共享的結(jié)果是使CR在特定地域內(nèi)，在可用頻譜孔隨時間改變的情況下依然能進(jìn)行。
從圖可看出，頻譜共享的過程實(shí)際上包含有頻譜移動性這一個概念。CR的目的是使終端設(shè)備能夠動態(tài)地使用頻譜，才能使“獲取最好的可用信道”這個通信概念變得有意義。目前頻譜共享技術(shù)解決方案可以從結(jié)構(gòu)、頻譜分配行為及頻譜接入技術(shù)3個方面進(jìn)行歸納，如圖3所示。

圖3 頻譜共享技術(shù)的分類

基于結(jié)構(gòu)的頻譜共享技術(shù)可分為集中式頻譜共享和分布式頻譜共享。前者解決方案主要是集中單元控制頻譜分配和接入過程。網(wǎng)絡(luò)中的每個分布式節(jié)點(diǎn)都把自己探測感知的頻譜信息匯集到集中控制單元，由它繪制出頻譜分配映射圖。后者解決方案主要應(yīng)用在不能構(gòu)建集中式結(jié)構(gòu)的場合。相應(yīng)地，在這種情況下，每個分布式節(jié)點(diǎn)都參與頻譜分配。基于頻譜分配行為的共享技術(shù)，可以分為合作式頻譜共享和非合作式頻譜共享。合作式頻譜共享解決方案考慮到節(jié)點(diǎn)的行為會影響到其他的節(jié)點(diǎn)。也就是說，每個節(jié)點(diǎn)的感知所得都會與其他節(jié)點(diǎn)分享，而且，頻譜分配算法也會考慮到這些信息。集中式解決方案可以看作是合作式的，同時也存在著分布式的合作方案。非合作式頻譜共享與合作式方案不同，非合作式方案僅考慮自己節(jié)點(diǎn)的行為，因而這種方案也被稱作是“自私”的。非合作式方案可能會導(dǎo)致頻譜利用率的降低，但在實(shí)際應(yīng)用中，它對其他節(jié)點(diǎn)的通信要求最低。基于接入技術(shù)的頻譜共享分為Overlay頻譜共享和Underlay頻譜共享。Overlay頻譜共享具體來講就是一個認(rèn)知節(jié)點(diǎn)利用未被使用的一段頻譜接入網(wǎng)絡(luò)，這種情況下對第一用戶造成的干擾最小。Underlay頻譜共享利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜擴(kuò)展技術(shù)，一旦獲得了頻譜分配射影圖，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)便開始傳輸。在這段頻譜上，第一用戶把認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的傳輸當(dāng)成噪聲來處理。因而，這種方案需要復(fù)雜的頻譜擴(kuò)展技術(shù)。與Overlay頻譜共享方案相比，Underlay頻譜共享可以利用更寬的寬帶。對CR網(wǎng)絡(luò)中頻譜接入的理論研究揭示了在設(shè)計頻譜接入?yún)f(xié)議時候要考慮的權(quán)衡問題。比如，合作式方案的優(yōu)勢在于它能夠提高頻譜利用率和公平性，然而，如果考慮到諸如用戶之間頻繁的信息交換這些成本開銷的話，它的優(yōu)勢就不是很明顯了；又比如，Overlay技術(shù)關(guān)注的重點(diǎn)是頻譜孔，Underlay技術(shù)必須要結(jié)合動態(tài)擴(kuò)展技術(shù)才能避免對第一用戶造成干擾，如果考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性和性能之間的均衡，混合技術(shù)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮。

4 結(jié)束語
傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中，頻譜的分配是固定的。由于通信過程的突發(fā)性，這些頻譜的利用率很低。另一方面，隨著無線通信和多媒體的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，無線頻譜資源日趨緊張，如何提高頻譜利用率成為迫切需要解決的問題[6]。CR技術(shù)能在基于通信質(zhì)量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)不同頻率的自動傳輸，提高頻譜利用率，還可以用它推出低價格的4G服務(wù)。