智能無線電突破頻譜不足的困局

　　一項接一項的研究表明:在任意一個給定時刻，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所需的可用頻譜并不短缺，事實上還有一些富余?然而，不幸的是，限制使用這些頻譜的法規也同樣多得令人吃驚。因此，目前缺乏的其實是一套相應的政策?技術和方法，它們有可能使經恰當配置的無線電智能地利用全球范圍的頻譜，同時又不致引起這些頻譜當前使用者的憤怒?目前，無線電頻譜的合法用戶主要包括電視廣播商，蜂窩運營商，無線電天文愛好者和各種各樣的軍方代表。

　　認知無線電(CR)被認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?機器視覺技術以及大量有關無線電環境高保真方面的知識，”Mitre公司的研究員JoeMitola說?正是Mitola在90年代末發明了CR這個術語。

　　對于迫切想滿足無線工業對更多頻譜渴望的美國聯邦通信委員會(FCC)來說，CR概念的誘惑力簡直不可抗拒?在2003年末，FCC新成立的頻譜政策任務委員會發出了一個征求建議的通知，號召人們對如何商業化實現CR提出意見。在此期間，該委員會還發布了關于超寬帶使用的若干法規，并向5GHz和60GHz頻段的非授權應用開放了頻譜。

　　FCC可能已經原則上采納了CR技術，而無線工業則是毫無保留地接受了它，認為CR是繼軟件定義無線電(SDR)之后的下一個大事件?“它是一種極富有挑戰性且極其令人感興趣的應用，”Vanu公司的首席技術官JohnChapin說，“FCC把它看成是可能對頻譜沖突產生重大影響的少數幾種技術之一，而軍方喜歡它是因為他們在頻率規劃方面面臨巨大難題?無論是在海外進行軍事演習，還是在國內進行培訓，他們都遇到巨大的頻率分配問題。”有了動態自適應的無線電，軍方將不再局限于一個靜態的頻率規劃，而是可以從根本上適應需求的變化。

　　“這些是巨大的推動力，實際上它們推動CR發展的速度比我原先認為的要快，”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在太低了。”

　　現在正在研究的CR商業應用之一是復用在80到850MHz范圍內的電視UHF頻段，在這個頻段上的傳播特征允許實現長距離?非視距?最后一英里的無線互聯網接入技術。

　　盡管對許多人來說，一個能動態適應其環境并以“見縫插針”的方式復用已授權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?他們認為復用會威脅他們的商業模式。“如果不是有這么強大的政府推動力，CR也許在剛出現時就夭折了，”Chapin說?Chapin稱贊FCC不顧現有頻譜用戶的??，迄今為止一直在支持CR的發展。

　　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成是創新的機會。

　　這些機會開始于硬件層次?CR最極端的形式是一個可以跳進和跳出任何頻段的無線電，而復雜的?頻率靈活的RF前端和軟件定義無線電被看成是CR的基礎?美國國防先進研究項目局(Darpa)的XG項目是迄今為止最雄心勃勃的動態頻譜適應研究計劃，它要求一個無線電可以覆蓋從30MHz到30GHz的整個范圍，而這看起來像是CR的最終結果?在此之前，跳頻是最可行的方法，也就是一個無線電可以在高價值的特定頻段之間(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面臨一些與其目標應用相關的有趣問題?撇開商業模式不談，大部分問題涉及到一個無線電如何感測其環境和如何實時地向其上層協議棧提供反饋，以避免干擾合法用戶?對CR來說甚至更特殊的問題是:這樣一個智能無線電如何才能編程實現。在面對多層系統不確定性的情況下，如何驗證無線電也是創新的肥沃土壤。