智能無線電突破頻譜不足的困局

　　一項(xiàng)接一項(xiàng)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，部署下一代無線服務(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(guī)也同樣多得令人吃驚。因此，目前缺乏的其實(shí)是一套相應(yīng)的政策?技術(shù)和方法，它們有可能使經(jīng)恰當(dāng)配置的無線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(dāng)前使用者的憤怒?目前，無線電頻譜的合法用戶主要包括電視廣播商，蜂窩運(yùn)營商，無線電天文愛好者和各種各樣的軍方代表。

　　認(rèn)知無線電(CR)被認(rèn)為是潛在的解決方案?“CR是一種真正智能的無線電，它具有自我感知?RF感知?用戶感知的能力，并將包融語言技術(shù)?機(jī)器視覺技術(shù)以及大量有關(guān)無線電環(huán)境高保真方面的知識，”Mitre公司的研究員JoeMitola說?正是Mitola在90年代末發(fā)明了CR這個(gè)術(shù)語。

　　對于迫切想滿足無線工業(yè)對更多頻譜渴望的美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)來說，CR概念的誘惑力簡直不可抗拒?在2003年末，F(xiàn)CC新成立的頻譜政策任務(wù)委員會發(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(xiàn)CR提出意見。在此期間，該委員會還發(fā)布了關(guān)于超寬帶使用的若干法規(guī)，并向5GHz和60GHz頻段的非授權(quán)應(yīng)用開放了頻譜。

　　FCC可能已經(jīng)原則上采納了CR技術(shù)，而無線工業(yè)則是毫無保留地接受了它，認(rèn)為CR是繼軟件定義無線電(SDR)之后的下一個(gè)大事件?“它是一種極富有挑戰(zhàn)性且極其令人感興趣的應(yīng)用，”Vanu公司的首席技術(shù)官JohnChapin說，“FCC把它看成是可能對頻譜沖突產(chǎn)生重大影響的少數(shù)幾種技術(shù)之一，而軍方喜歡它是因?yàn)樗麄冊陬l率規(guī)劃方面面臨巨大難題?無論是在海外進(jìn)行軍事演習(xí)，還是在國內(nèi)進(jìn)行培訓(xùn)，他們都遇到巨大的頻率分配問題。”有了動態(tài)自適應(yīng)的無線電，軍方將不再局限于一個(gè)靜態(tài)的頻率規(guī)劃，而是可以從根本上適應(yīng)需求的變化。

　　“這些是巨大的推動力，實(shí)際上它們推動CR發(fā)展的速度比我原先認(rèn)為的要快，”他說，“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(xiàn)在正在研究的CR商業(yè)應(yīng)用之一是復(fù)用在80到850MHz范圍內(nèi)的電視UHF頻段，在這個(gè)頻段上的傳播特征允許實(shí)現(xiàn)長距離?非視距?最后一英里的無線互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)。

　　盡管對許多人來說，一個(gè)能動態(tài)適應(yīng)其環(huán)境并以“見縫插針”的方式復(fù)用已授權(quán)頻譜的智能無線電概念聽起來很吸引人，但合法的頻譜用戶卻不這么想?他們認(rèn)為復(fù)用會威脅他們的商業(yè)模式。“如果不是有這么強(qiáng)大的政府推動力，CR也許在剛出現(xiàn)時(shí)就夭折了，”Chapin說?Chapin稱贊FCC不顧現(xiàn)有頻譜用戶的??，迄今為止一直在支持CR的發(fā)展。

　　然而，來自頻譜合法用戶的反對只是CR問題的開始，而無線工程界一般把這些問題當(dāng)成是創(chuàng)新的機(jī)會。

　　這些機(jī)會開始于硬件層次?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線電，而復(fù)雜的?頻率靈活的RF前端和軟件定義無線電被看成是CR的基礎(chǔ)?美國國防先進(jìn)研究項(xiàng)目局(Darpa)的XG項(xiàng)目是迄今為止最雄心勃勃的動態(tài)頻譜適應(yīng)研究計(jì)劃，它要求一個(gè)無線電可以覆蓋從30MHz到30GHz的整個(gè)范圍，而這看起來像是CR的最終結(jié)果?在此之前，跳頻是最可行的方法，也就是一個(gè)無線電可以在高價(jià)值的特定頻段之間(例如在800MHz和2.45GHz之間)跳來跳去。

　　除去無線電本身的靈活性之外，CR面臨一些與其目標(biāo)應(yīng)用相關(guān)的有趣問題?撇開商業(yè)模式不談，大部分問題涉及到一個(gè)無線電如何感測其環(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?對CR來說甚至更特殊的問題是:這樣一個(gè)智能無線電如何才能編程實(shí)現(xiàn)。在面對多層系統(tǒng)不確定性的情況下，如何驗(yàn)證無線電也是創(chuàng)新的肥沃土壤。