基于認知無線電的高效頻譜利用技術

3。3 頻譜共享
目前普遍認為適用于CR的調制策略是正交頻分復用技術（OFDM）。這是因為OFDM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不斷調整其載頻，如圖2所示。

圖2 動態頻譜共享過程

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

圖3 頻譜共享技術的分類

基于結構的頻譜共享技術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。網絡中的每個分布式節點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用在不能構建集中式結構的場合。相應地，在這種情況下，每個分布式節點都參與頻譜分配。基于頻譜分配行為的共享技術，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點的行為會影響到其他的節點。也就是說，每個節點的感知所得都會與其他節點分享，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點的行為，因而這種方案也被稱作是“自私”的。非合作式方案可能會導致頻譜利用率的降低，但在實際應用中，它對其他節點的通信要求最低。基于接入技術的頻譜共享分為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知節點利用未被使用的一段頻譜接入網絡，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絡的頻譜擴展技術，一旦獲得了頻譜分配射影圖，認知節點便開始傳輸。在這段頻譜上，第一用戶把認知節點的傳輸當成噪聲來處理。因而，這種方案需要復雜的頻譜擴展技術。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網絡中頻譜接入的理論研究揭示了在設計頻譜接入協議時候要考慮的權衡問題。比如，合作式方案的優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，它的優勢就不是很明顯了；又比如，Overlay技術關注的重點是頻譜孔，Underlay技術必須要結合動態擴展技術才能避免對第一用戶造成干擾，如果考慮到系統的復雜性和性能之間的均衡，混合技術應當優先考慮。

4 結束語
傳統的無線通信系統中，頻譜的分配是固定的。由于通信過程的突發性，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展和廣泛應用，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技術能在基于通信質量的基礎上實現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。