認知無線電標準的發(fā)展

1、認知無線電標準的發(fā)展1認知無線電的定義1999年，joseph mitola iii博士首先提出認知無線電的概念，2000年進一步系統(tǒng)地闡述了認知無線電 的概念利方袪，并明確給出認知無線電的定義。2003年，美國聯(lián)邦通信委員會(fcc)給出了認知無線電的狹義定義2。從狹義上講，認知無線電是指能 夠通過與工作環(huán)境交互，改變發(fā)射機參數(shù)的無線電設(shè)備，其主體可能是軟件無線電，但既沒冇軟件也沒冇 現(xiàn)場可編程的要求。從廣義上講，認知無線電以靈活、科能、可重配置為顯著特征,通過感知外界環(huán)境,并使用人工科能 技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí),有h的地實時改變某些操作參數(shù)(比如傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等)，使其內(nèi)部 狀態(tài)適

2、應(yīng)接收到的無線信號的統(tǒng)計變化，從而實現(xiàn)任何時間、任何地點的高可幕通信以及對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 有限的無線頻譜資源進行高效地利用。從定義上看，認知無線電的主耍出發(fā)點就是使無線用戶z間實現(xiàn)頻譜資源其享。h前，大多數(shù)頻段已 根據(jù)不同應(yīng)用h的分配給相應(yīng)的頻段使用者(或稱授權(quán)用戶)，利用認知無線電技術(shù)實現(xiàn)頻譜資源共凈是否 真的可行？美國fcc的報告指出，當前而臨的最主要問題不是頻譜資源稀少，而是現(xiàn)冇固定分配方式導(dǎo) 致頻譜資源沒有充分利川。隨著認知無線電技術(shù)的發(fā)展，各標準化組織和行.業(yè)聯(lián)盟也紛紛開展相關(guān)的研究，并且開始著手制定認 知無線電的標準和協(xié)議，以期推動該技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。2認知無線電和關(guān)標準的進展情況日

3、前涉及認知無線電標準制訂的組織和行業(yè)聯(lián)盟主要是美國電氣電子工程師學(xué)會(ieee)、國際電信聯(lián)盟 (itu)和軟件無線電論壇等。2.1 ieee相關(guān)標準ieee對于認知無線電技術(shù)的標準化推進工作比較積極，目兩正在制訂的與認知無線電相關(guān)的標準主要 包括:ieee802.224、ieee 802.16h5. ieee p19006、 ieee 802.11h7以及 ieee 802.11y8等。(1) ieee 802.22 標準2004年10月，ieee正式成立了 ieee 802.22工作組，這是第一個世界范圍的基于認知無線電技術(shù)的空中接口標準化組織。ieee 802.22也被稱為無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(

4、wran),系統(tǒng)工作于54 mhz 862 mhz的vhf/uhf頻段上未使用的tv信道，工作模式為點到多點。該工作組目的是利用認知無線電技術(shù)將分配給電視廣播的vhf/uhf頻帶用作寬帶接入。為了與tv頻道的授權(quán)用戶共存，802.22系統(tǒng)的物理層(phy層)和媒體接入控制層(mac層)協(xié)議應(yīng)該允許基站根據(jù)感知結(jié)杲，動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的功率或者工作頻率，還應(yīng)包括降噪機制，從而避免對tv頻道的授權(quán)用戶造成干擾?，F(xiàn)有的ieee 802.22標準提案對空中接口進行了規(guī)范,包括phy層與mac層的規(guī)范,mac層和phy層協(xié)議棧對于所有被支持的服務(wù)都是相同的。根據(jù)ieee 802.22標準提案，phy層可細分為

5、一個會聚子層和-個物理媒體(pmd)子層，pmd是phy層的主要部分，而會聚子層能自適應(yīng)映射mac層的特定需要到通用的pmd服務(wù)，ieee 802.22協(xié)議在phy層上増加了頻譜感知功能，通過本地頻譜感知技術(shù)以及分布式檢測等方法，來可靠地感知某時刻、某地區(qū)的電視頻段中各子信道是否被授權(quán)的電視信號(atsc、dvb-t、dmb-t等制式)占用，以使得認知用戶能夠在對授權(quán)用戶系統(tǒng)不造成干擾的情況下接入空閑的屯視頻段，充分利用冇限的頻譜資源；而mac層的協(xié)議設(shè)計不同于以往，除提供媒介接入控制等傳統(tǒng)業(yè)務(wù)能力，還以共存為主耍目的，為與授權(quán)用戶共存和保護授權(quán)用戶提供了豐富的手段，并且引入了一個新穎的共存信

6、標悔議(cbp)來使得那些具有重證覆蓋區(qū)域的802.22棊站可以協(xié)作和冇效地分享寶貴的頻譜資源。另外，還提供了信道管理和測量功能，這使得mac層在頻譜管理上更加靈活和有效。(2) ieee 802.16h 標準1999年，ieee成立了 802.16 t.作組專門開發(fā)寬帶尚定無線技術(shù)標準(wimax),目標就是要建立一個全球統(tǒng)一的寬帶無線接入標那。但是，隨著802.16系列規(guī)范的不斷制訂和完善，頻譜資源問題成為制約技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題，為此，2004年12月，專門成立了致力于解決共存問題的802.16h工作組，利用認知無線屯技術(shù)使802.16系列標準町以在免授權(quán)頻段獲得應(yīng)用，并降低對其他基于ie

7、ee 802.16免授權(quán)頻段服務(wù)用戶的干擾。同月，ieee802.16h工作組公開征集提案，主耍針對802.16h規(guī)范涉及的具體方面、新系統(tǒng)対授權(quán)用戶產(chǎn)生的沖突影響、802.16不同phy層模式下的共存機制、802.16-2004標準中現(xiàn)有的免授權(quán)頻段服務(wù)支持以及802.16h標準制定的主要目標等。2005年1月，確定了 ieee802.16h標準的具體涉及內(nèi)容，其主耍思路是在ieee 802.16制定的qos要求f，讓多個系統(tǒng)共用資源。忖前公布的鍛新版木為2006年8月的版本。ieee 802.16h標準由license-exempt task group所制定，致力于改進諸如策略和媒介接入

8、控制等機制,以確保基于ieee 802.16的免授權(quán)系統(tǒng)z間的共存，以及與授權(quán)用戶系統(tǒng)z間的共存。(3) ieee 1900 標準ieee 802 .22和802.16h都只是認知無線電的簡單應(yīng)用,為了進一步研究認知無線電,ieee于2005年成立了 ieee 1900標準組，進行與下-代無線通信技術(shù)和高級頻譜管理技術(shù)相關(guān)的電磁兼容研究。該工作組對于認知無線電技術(shù)的發(fā)展及與其他無線通信系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與共存冇若極其ifi要的意義。ieee 1900 目前包括 ieee 1900.1、ieee 1900.2、ieee 1900.3 和 ieee 1900.4 這 4 個工作組。ieee 1900.1

9、i 作組的任務(wù)是解帑和定義冇關(guān)下一代無線電系統(tǒng)和頻譜管理的術(shù)語和概念，主要澄淸術(shù)語并且弄淸各個技 術(shù)z間的關(guān)系，提供対技術(shù)的準確定義和對關(guān)鍵技術(shù)的解群，如頻譜管理、政策無線電、11適應(yīng)無線電、 軟件無線電等，目前標準草案最新版本是v0.28版本。ieee 1900.2工作組主要為干擾和共存分析提供操作 規(guī)程建議，提供分析各種無線服務(wù)共存和相互間干擾的技術(shù)指導(dǎo)方針，其項目提案需求書(par)預(yù)計提交投 票和項目完成時間分別是2008年2月和8月。ieee 1900.3工作組主要為軟件無線電的軟件模塊提供一致性 評估的操作規(guī)程建議。提供分析軟件定義無線電的軟件模型以保證符介管理和操作需求的技術(shù)指導(dǎo)

10、方針。 其par中指出將在2008年9月將草案提交投票，預(yù)計項h結(jié)束時間是2009年9月。ieee 1900.4工作組主 要任務(wù)為動態(tài)頻譜接入的無線系統(tǒng)提供實際應(yīng)用、可靠性驗證和評佔可調(diào)整性能。在第一階段，標準將限 于結(jié)構(gòu)和功能定義，而后一階段將著重于與信息交換冇關(guān)的協(xié)議定義。該標準預(yù)期2009年2月完成。(4) ieee 802.llh 標準從表而上看,ieee802.11h似乎不是有關(guān)認知無線電的標準。但是,802.11h協(xié)議中的一個關(guān)鍵內(nèi)容:動態(tài)頻譜選擇實際上已經(jīng)屬于認知無線電的范疇。ieee 802.11h為“無線局域網(wǎng)媒體接入控制和物理層規(guī)范,歐洲5 ghz頻段頻譜和發(fā)射功率管理擴展

11、"協(xié)議，其修改了 ieee 802.11a phy層標準，增強了 5 ghz頻段的網(wǎng)絡(luò)管理、頻譜控制和傳輸功率管理功能，提高了信道能量測量和報告、多個管理域的侍道覆蓋、動態(tài)信道選擇和傳輸功率控制機制，及其在協(xié)議中的一些定義和術(shù)語。(5) ieee802.11yieee 802.11y是802.11協(xié)議族中基于競爭的協(xié)議，主耍制定標準化的t擾避免機制，同時方便今后新頻段的應(yīng)用，其應(yīng)用頻段主要是2005年7月fcc向公眾應(yīng)用開放的原來用于衛(wèi)星服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的3.65 ghz3.7ghz頻段，為該頻段的寬帶無線業(yè)務(wù)分配提供補充和改善。2006年11月的會議上，將原802.11y草案0.02重新命

12、名為p802.11y草案1.0。2.2 itu-ritu關(guān)于認知無線電的研究工作h前仍隸屬于itu-r8at作組中的軟件無線電研究課題。因為軟件無 線電不足以涵蓋認知無線電的所有范疇，所以itu-r于2006年3月捉出一項新的建議，將認知無線電單獨 作為一個研究課題進行研究，這說明itu已經(jīng)充分認識到認知無線電技術(shù)在未來通信發(fā)展中的重要意義。2.3軟件無線電論壇2003年8月軟件無線電論壇就開始探討放松當前嚴格的頻譜劃分政策的可能性，研究通過開發(fā)新的智 能無線電設(shè)備從而提高頻譜利用效率。該論壇于2004年10月成立了認知無線電工作組與認知無線電特殊 興趣組，專門開展有關(guān)認知無線電技術(shù)的研究。認

13、知無線電工作組主要任務(wù)是標準化認知無線電定義及確 認可用于認知無線電的技術(shù)。特殊興趣組的任務(wù)是對工作組所確認的技術(shù)確定商業(yè)應(yīng)用的價值。鑒于軟件 無線電論壇的特殊任務(wù)，目前主耍致力于開展認知無線電平臺的分析和多模式調(diào)整功能的研究。2006年4月，軟件無線屯論壇于舊金山召開了認知無線電工作紐.會議。2006年6月軟件無線電論壇對 認知無線電技術(shù)可能面臨的挑戰(zhàn)進行了討論。2006年11月軟件無線電論壇也組織了認知無線電的專題討 論會。2007年1月軟件無線電論壇會議上，認知無線電與頻譜效率工作組決定對fcc相關(guān)的一些工作做出 回應(yīng)。2.4 darpa xg美國國防部高級研究計劃署(darpa)于20

14、03年成立了下一代通信計劃(xg),著眼于開發(fā)認知無線電的實 際標準和動態(tài)頻譜管理標準，計劃研制以認知無線電為核心的系統(tǒng)方法和關(guān)鍵技術(shù)，以實現(xiàn)動態(tài)頻譜接入 和共享。該項目將研制和開發(fā)頻譜捷變無線電，這些無線電臺在使用法規(guī)范圍內(nèi)，可以動態(tài)自適應(yīng)變化的 無線環(huán)境，在不干擾其他止常工作無線電臺的前提下，使可以接入的頻譜范圍擴大近10倍。2003年開始，raytheon公司與darpa簽訂了下一代無線通信計劃的合同,從事認知無線電相關(guān)的技術(shù) 研究與開發(fā)。其許多研究成果未公開，目前公開可查的資料為xg的結(jié)構(gòu)框架文檔1.0版本以及xg項目文 檔2.0版木9。2006年9月，darpa啟動無線自適應(yīng)項目，計劃通過智能適應(yīng)與更人的節(jié)點帑度減少設(shè)備 代價。另外，darpa計劃在2007年8月，進行有25個xg節(jié)點的系統(tǒng)現(xiàn)場實驗。在xg已公開的標準提案中對phy層和mac層進行了規(guī)范，并制定了分階段實現(xiàn)的思想，初始階段對 現(xiàn)有mac層與phy層進行修改，如物理增加了 xg控制模塊，而mac層增加了 xg處理模塊，然