Altera專家：認知無線電，認知一切

認知無線電(CR)已經從研究主題，發(fā)展到機密情報和軍事應用，以及無線網(wǎng)絡實用化技術。今天，它即將展開更廣泛的應用：作為交通運輸、公共事業(yè)、樓宇控制等領域大型機器至機器網(wǎng)絡每一節(jié)點的基本構成;作為蜂窩毫微微基站的支撐技術;以及通信以外的各種應用。

　　對于系統(tǒng)設計人員，除了好奇心之外，有兩個原因使得他們現(xiàn)在開始研究CR。第一個是，CR這一概念越來越多的應用于系統(tǒng)無線網(wǎng)絡中，從化學工廠傳感器網(wǎng)絡直至車輛控制和顯示等。要理解這些系統(tǒng)需要明白無線電，這是因為CR并不完全是傳送網(wǎng)絡技術。第二個原因是CR的體系結構代表了很多其他類系統(tǒng)體系結構的未來。您也會遇到這些概念。

　　認知概念

　　簡單說，CR是能夠理解并適應其信號環(huán)境的無線電。這是一種擬人化的解釋，需要更進一步的定義。CR檢查其訪問頻譜的功率，隔離在其中找到的信號，并對其進行分類，對比可用帶寬和無線電服務主系統(tǒng)當前要求的帶寬，然后，制定并執(zhí)行通信策略，以滿足系統(tǒng)比特流和延時要求。這些不同的任務有各種不同的應用重點。

　　目前，認知概念已經用在很多不同的應用中。最早的應用是信號情報和電子戰(zhàn)。在這里，CR至少可以用在三種不同的模式中。首先，在情報應用中，CR會檢查一段頻譜，探測有可能含有信號的功率，將這些潛在的信號按照調制模式、可能的來源以及感興趣的程度等進行分類，然后，配置接收器通道以采集目標傳輸信息。如果您認為最感興趣的內容來自試圖隱藏自己的無線電信號，這些信號使用了擴頻短脈沖，那么，您會看到在這些應用中，CR會連續(xù)監(jiān)視很寬的頻譜，或者全部記錄下來，瞬時鎖定目標信號。

　　很多電子戰(zhàn)應用都是相似的。例如，一臺干擾設備會按照這里所介紹的方法來發(fā)現(xiàn)信號并進行分類，然后對發(fā)射器通道進行配置，以便實時干擾特定的傳輸信息。在戰(zhàn)場通信應用中，CR會進行掃描并識別，然后，將要傳輸?shù)男畔⒎旁诃h(huán)境中其他信號之間，這樣很難被探測到。

　　民用

　　如果已經開展了軍事應用，那么，民用也會很快跟上。三種基本相同的功能是感知、分類和自適應，已經應用于很多其他簡單的環(huán)境中。例如，一臺蜂窩手機周期性的檢查來自附近基站的信號，切換小區(qū)，甚至會相應的切換空中接口標準。相似的，蜂窩毫微微基站——您可以買到的最小的基站，學習時可以把它放到桌面上，這種基站需要連續(xù)探測數(shù)據(jù)流以及其帶內的干擾電平，根據(jù)所在地方和時間范圍內的自由頻譜來調整其功率輸出，選擇要使用的通道。以這種方式，毫微微基站增強了空間利用率，從而提高了網(wǎng)絡總容量，而不會由于建筑物干擾導致容量降低。例如，Mindspeed技術公司在這一領域擁有一些關鍵知識產權。

　　CR一種新出現(xiàn)的應用是中距機器至機器無線網(wǎng)絡。應用包括智能電網(wǎng)、車流量控制以及校園級樓宇管理等。據(jù) Weightless特殊興趣組首席技術官William Webb，很多這類網(wǎng)絡會使用所謂的空白電視信號頻段：在電視帶寬范圍內本地未被占用的通道。但是在這一頻段內，不允許任何設備干擾任何人的電視接收，也不能干擾已經獲得許可的空白電視信號無線電，但是有可能與其他未獲得許可的低功率設備相互干擾。實際上，Weightless建議的解決方案是認知無線網(wǎng)絡基于不具有認知功能的小型無線電終端。

　　結構圖

　　理解這些各種需求怎樣影響無線電設計最好的方法是了解設備的功能，研究應用需求是怎樣改變設計的。

　　這類討論最好是從軟件無線電(SDR)開始。據(jù)IMEC的首席科學家Sofie Pollin，理想的SDR根本就沒有模擬功能。這類無線電直接對來自天線的整個頻段進行數(shù)字化處理，然后，提取出需要的信號，完全使用軟件編程數(shù)字處理器進行解調。這樣，軟件定義的部分：無線電濾波、解調、基帶處理以及發(fā)送側的反向處理等，可以在軟件中進行，也可以在由軟件配置和參數(shù)賦值的硬件中執(zhí)行。這樣，無線電設備只需要調用不同的功能或者傳遞不同的參數(shù)就可以改變通道、頻帶、調制方式、協(xié)議，以及糾錯方法等。

　　Pollin很快指出，這種想法在實際中是很難實現(xiàn)的。在很多應用中，對天線信號直接進行數(shù)字化處理需要速度很快的模數(shù)轉換器(ADC)，以及很寬的動態(tài)范圍，其本身就是一項科學工程。因此，實際的SDR進行了折中：高度可配置的模擬RF級，以及可配置ADC之前的下轉換器，如 圖1 所示。