系統解讀無線通信之SDR和CR

　　認知無線電還是人工智能(AI)的一個很好的例子。人工智能是一系列用來存儲和使用解決問題的知識的軟件。它可以使用標準算法，還可以采用專家系統、自然語言處理、模糊邏輯和搜索技術等多種人工智能技術。人工智能/認知無線電可以通過根據現有的知識評估狀況和決策，并采取行動達到所需的最佳結果，從而模仿人類用戶。

　　認知無線電的一個非常重要的功能是動態頻譜接入(DSA)，該功能使得認知無線電能夠在確定頻譜中的一個頻道未被使用后調整到該頻道。動態頻譜接入無線電使用未使用的頻譜，從而使有限的頻譜空間產生更高的效率。

　　認知收發器基本上以工作頻率、調制模式、功率級別和其他因素的方式通知SDR如何操作，并自動作出相應的調整。認知無線電是監控SDR并在必要時提供命令和控制指令的軟件。

　　認知無線電主要力爭解決兩個重要的無線問題：有限的頻譜以及不同的無線電或無線系統之間的互操作性。認知無線電可以找到開放頻譜并使用該頻譜。它還可以改變其波形或者協議，以適應不同特性的無線電，從而實現通信或者讓通信更可靠。

　　還有幾種不同類別的認知無線電。比如，基于策略的無線電通過一組預定義的功能(比如波形和程序)編程。使用這種無線電方法是選擇幾種不同的預編程固定函數中的其中一種函數。固定函數在制造過程中載入，由用戶選擇，或者通過空中接口下載。

　　另一種認知無線電是一種可以全面重新配置的無線電。這種完全普通的收發器可以在各種頻率和功率范圍內工作。這類無線電可以針對新應用或通信條件以動態方式進行全面的重新配置。

　　認知無線電示例

　　xG Technology公司的xMax運營商級認知無線電系統用于移動通信，該系統使用902至928MHz范圍內的未經授權的工業、科學和醫療(ISM)頻段。在其首次迭代中，它是作為美國陸軍的試驗駐軍和戰場蜂窩無線電系統部署的。

　　作為用來驗證和測試用于戰場的系統的軍事網絡集成評估(NIE)過程的一部分，該系統已在2011年早些時候在布利斯堡和白沙導彈試驗場進行了測試。根據書面媒體報道和軍 隊人員的觀點，該系統的表現相當出色。

　　xMax原型系統使用微型手機基站及該系列的TX70手持機。該系統還通過手持機自帶的認知技術使用900MHz的時分雙工(TDD)數字無線電。該系統還支持互聯網協議語音(VoIP)呼叫和發送短信(SMS)。該手持機包含完整的Wi-Fi無線電。

　　xMax系統符合美國聯邦通信委員會(FCC)針對902至928MHz頻譜的第15部分的規則。無線電的有效全向輻射功率(EIRP)可高達4W，基站也是一樣。該系統將該頻譜范圍劃分成18個1.44MHz頻道，采用魯棒的二進制相移健控(BPSK)調制方式。接入方式為時分多址(TDMA)技術，每個通道都可以處理多達12個語音呼叫。

　　該無線電的認知功能可以偵聽使用中的頻帶，以確定哪里有干擾，然后切換到具有最低噪聲電平的頻率上。xG手持機每秒鐘掃描頻帶33次，以尋找干擾并確定可形成穩定鏈路的確切位置。然后該手持機通知基站，從而在必要時更改頻率，保持流暢的連接。

　　目前，xG技術正在向其第二代xMax設計方向發展。這種新型xMax系統不再使用特殊的手持機，而是使用標準智能手機。而這正好符合軍 隊的要求，因為士兵使用標準的智能手機、膝上型電腦或平板電腦可以節省經費。

　　在這種新系統中，智能手機與xMod橋接設備通信(圖8)。該設備類似于Novatel MiFi設備，可以讓多個膝上型電腦通過Wi-Fi連接與它通信，然后通過與蜂窩網絡的連接將這些連接回傳至互聯網。xMod以類似的方式工作，它支持與商業智能手機或計算機的Wi-Fi(或直接USB線纜)連接，使用認知xMax網絡傳回互聯網或軍事網絡。

　　這種新型布局給系統增加了高速數據連接。此外，它還通過智能手機應用增加了受控VoIP功能。普通的3G和4G蜂窩智能手機通過2G或3G蜂窩鏈路采用蜂窩系統的標準語音服務，該服務目前還不是VoIP服務。xMax系統在智能手機中加入了一種特殊的應用，該應用使得智能手機能夠找出并優化語音包。這樣，xMax系統即可提供固話級音效(即使是100%基于IP的系統)。

　　這種新系統利用正交頻分復用(OFDM)來修改xMax波形。上文中定義的18個1.44MHz頻道的每一個頻道都進一步分成128個副載波。無線電接入方式為TDD。增加的另一個關鍵技術是多入多出(MIMO)，該技術可以大幅提高覆蓋范圍、可靠性和數據速率。xMod設備采用具有四個接收鏈路和兩個發射鏈路的2×4 MIMO系統。

　　認知功能和無線電本身主要以軟件(一般稱為SDR)的方式實現。該系統整合了認知無線電技術、MIMO技術和先進的信號處理技術，最大限度地提高了覆蓋范圍、可靠性和吞吐能力。所需的相當高的處理能力由能夠同時在xMod和基站中支持50 GOPS的新一代處理器提供。這種處理能力是一個全新的突破，現在提供適合xMod等電池供電設備的尺寸和功耗級別。

　　據xG公司的Rick Rotondo介紹，xMax的認知能力和干擾抑制算法使其能夠在“白色空間(white spaces)”以及“灰色空間(gray spaces)”可靠地工作。白色空間是指未被使用的電視頻道，這些頻道已經被FCC保留下來，無需授權即可使用。

　　不過，由于在這些頻道工作的無線麥克風以及在這些頻道附近工作的其他白色空間設備，白色空間很快就會變成灰色空間。事實上，xG公司從中獲得經驗的900MHz頻帶現在已經在超負載使用，由于無繩電話、無線安全系統、遙測無線電和其他設備產生的干擾而已經變成了“深灰”空間。