Altera專家：認(rèn)知無線電，認(rèn)知一切

　　Neel說，在最復(fù)雜的設(shè)計(jì)中，CR不僅僅知道其頻譜環(huán)境，而且還知道自己系統(tǒng)所處的環(huán)境。例如，在醫(yī)院手術(shù)室中的CR 能夠“理解”所進(jìn)行的手術(shù)過程，病人的狀態(tài)，手術(shù)團(tuán)隊(duì)中每一個(gè)人的需求，以及附近其他無線設(shè)備的行為等。這一無線電設(shè)備會(huì)將所有這些信息合并成一個(gè)策略，使用可用頻譜來保證緊急數(shù)據(jù)流的延時(shí)，同時(shí)滿足其他儀表的低優(yōu)先級(jí)要求。

　　這類無線電設(shè)備可能會(huì)使用啟發(fā)式功能來驅(qū)動(dòng)環(huán)境分析，做出決定。Neel建議，或者，隨著環(huán)境越來越復(fù)雜，可預(yù)測(cè)性越來越差，策略模塊會(huì)采用隱藏馬爾科夫模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，或者相關(guān)技術(shù)對(duì)環(huán)境建模，并進(jìn)行分析。

　　這類計(jì)算涉及到大量的數(shù)據(jù)，需要很強(qiáng)的計(jì)算功能。Neel說，因此，明顯的發(fā)展趨勢(shì)是把CR的思考部分放到云端。那么，一個(gè)關(guān)鍵問題是無線電設(shè)備要處理的現(xiàn)象的持續(xù)時(shí)間。有時(shí)間來查詢中心計(jì)算資源，或者無線電設(shè)備必須自己做出基本判斷嗎?

　　隨著CR的普及，也帶來了其他問題。不可避免的是，大量的CR導(dǎo)致頻譜擁擠，它們都要互相搶占頻段，為自己的主機(jī)提供帶寬最大的頻段。正如Neel所指出的，在這些情況下，無線電設(shè)備需要采用游戲理論，以便實(shí)現(xiàn)共享頻段的最佳分配。這類競(jìng)爭(zhēng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和優(yōu)化問題帶來了 IEEE 802.19無線共存技術(shù)咨詢小組議程中一個(gè)很難解決的問題。

　　Weightless實(shí)例

　　兩個(gè)實(shí)例會(huì)有助于幫助對(duì)這些概念進(jìn)行澄清。首先，Weightless標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上并不是CR，而是認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，其中非常簡(jiǎn)單的無線電只是一個(gè)組成單元。第二個(gè)是一個(gè)理論實(shí)例，適合公共安全應(yīng)用更復(fù)雜的真CR。

　　Weightless體系結(jié)構(gòu)與IEEE 802.22相似，在所謂的空白電視信號(hào)頻段內(nèi)采用區(qū)域網(wǎng)，這是電視廣播帶寬范圍內(nèi)未被占用的本地通道。802.22旨在為人們提供寬帶接入，與此不同的是，Weightless專門設(shè)計(jì)用于為不同的機(jī)器、傳感器和制動(dòng)器提供窄帶物聯(lián)網(wǎng)連接，其節(jié)點(diǎn)的成本和功耗都非常低。

　　據(jù)Weightless的Webb，各種不同的目的導(dǎo)致了體系結(jié)構(gòu)的顯著不同。Webb說：“對(duì)于空白電視信號(hào)頻段內(nèi)未獲得許可的設(shè)備，第一個(gè)限制要求是不能干擾任何人的電視接收。這很難做到，因?yàn)槟耆浪须娨暟l(fā)射器位于哪里，但是卻不知道接收器在哪里。

　　Webb繼續(xù)解釋：“我們最初的想法是為終端設(shè)計(jì)成本非常低的CR，與802.22的目的非常相似。但是，我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)際中，您可能恰好靠近正在觀看電視的人，遠(yuǎn)距離電視臺(tái)發(fā)射的信號(hào)傳送到他這里時(shí)已經(jīng)非常弱了?！?/P>

　　具有足夠動(dòng)態(tài)范圍的CR要識(shí)別這些弱信號(hào)，需要花費(fèi)很高的成本，提供很大的功率。因此，Weightless選擇了完全不同的方法來進(jìn)行感知：中心控制的三層網(wǎng)絡(luò)，如圖3 所示。在這里，終端向基站報(bào)告其物理位置，基站查詢?cè)浦械膽?yīng)用程序，云端使用了許可廣播發(fā)射器以及其他基站的位置表，以獲得可用頻率的列表。Webb評(píng)論說：“這對(duì)于設(shè)計(jì)而言是很有趣的算法?！?/P>

圖3.Weightless網(wǎng)絡(luò)將認(rèn)知功能分散到三層中。

　　這張查找表保證了終端不會(huì)影響所有人晚上看電視，也不會(huì)與其他基站競(jìng)爭(zhēng)同一通道。但是，它并不保證終端與獲得許可設(shè)備之間不出現(xiàn)干擾，例如，無線麥克風(fēng)，或者在同一區(qū)域中漫游的其他未獲得許可的低功率設(shè)備。為解決這一問題，基站為終端分配了8個(gè)頻率。終端以兩秒間隔進(jìn)行跳頻，以減小來自這類源的干擾。

　　由于終端使用了直接擴(kuò)頻傳輸技術(shù)，因此，系統(tǒng)有更大的自由度。實(shí)際上，基站監(jiān)視每一終端的BER，命令終端調(diào)整擴(kuò)頻因子，以便在帶寬和范圍上達(dá)到平衡。

　　Weightless采用了認(rèn)知系統(tǒng)的三種定義行為：感知、分類和自適應(yīng)。但是，這一標(biāo)準(zhǔn)并沒有將所有這些功能構(gòu)建到終端無線電設(shè)備中，而是把它們分散開。大部分認(rèn)知放在準(zhǔn)靜態(tài)表中，而不是在算法中。在基站中對(duì)自適應(yīng)功能、大部分感知功能和分類功能進(jìn)行平衡。在網(wǎng)絡(luò)中對(duì)功能進(jìn)行分配，大幅度降低了終端的成本，單芯片電池供電設(shè)備能夠采用很低的占空比進(jìn)行工作。