智能無(wú)線電突破頻譜不足的困局

訊：一項(xiàng)接一項(xiàng)的研究表明:在任意一個(gè)給定時(shí)刻，人們所用到的頻譜只占美國(guó)所有可用頻譜的2%到6%。因此，部署下一代無(wú)線服務(wù)所需的可用頻譜并不短缺，事實(shí)上還有一些富余?然而，不幸的是，限制使用這些頻譜的法規(guī)也同樣多得令人吃驚。因此，目前缺乏的其實(shí)是一套相應(yīng)的政策?技術(shù)和方法，它們有可能使經(jīng)恰當(dāng)配置的無(wú)線電智能地利用全球范圍的頻譜，同時(shí)又不致引起這些頻譜當(dāng)前使用者的憤怒?目前，無(wú)線電頻譜的合法用戶主要包括電視廣播商，蜂窩運(yùn)營(yíng)商，無(wú)線電天文愛好者和各種各樣的軍方代表。

認(rèn)知無(wú)線電(CR)被認(rèn)為是潛在的解決方案?“CR是一種真正智能的無(wú)線電，它具有自我感知?RF感知?用戶感知的能力，并將包融語(yǔ)言技術(shù)?機(jī)器視覺技術(shù)以及大量有關(guān)無(wú)線電環(huán)境高保真方面的知識(shí)，”Mitre公司的研究員Joe Mitola說(shuō)?正是Mitola在90年代末發(fā)明了CR這個(gè)術(shù)語(yǔ)。

對(duì)于迫切想滿足無(wú)線工業(yè)對(duì)更多頻譜渴望的美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)來(lái)說(shuō)，CR概念的誘惑力簡(jiǎn)直不可抗拒?在2003年末，F(xiàn)CC新成立的頻譜政策任務(wù)委員會(huì)發(fā)出了一個(gè)征求建議的通知，號(hào)召人們對(duì)如何商業(yè)化實(shí)現(xiàn)CR提出意見。在此期間，該委員會(huì)還發(fā)布了關(guān)于超寬帶使用的若干法規(guī)，并向5GHz和60GHz頻段的非授權(quán)應(yīng)用開放了頻譜。

FCC可能已經(jīng)原則上采納了CR技術(shù)，而無(wú)線工業(yè)則是毫無(wú)保留地接受了它，認(rèn)為CR是繼軟件定義無(wú)線電(SDR)之后的下一個(gè)大事件?“它是一種極富有挑戰(zhàn)性且極其令人感興趣的應(yīng)用，”Vanu公司的首席技術(shù)官John Chapin說(shuō)，“FCC把它看成是可能對(duì)頻譜沖突產(chǎn)生重大影響的少數(shù)幾種技術(shù)之一，而軍方喜歡它是因?yàn)樗麄冊(cè)陬l率規(guī)劃方面面臨巨大難題?無(wú)論是在海外進(jìn)行軍事演習(xí)，還是在國(guó)內(nèi)進(jìn)行培訓(xùn)，他們都遇到巨大的頻率分配問(wèn)題。”有了動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的無(wú)線電，軍方將不再局限于一個(gè)靜態(tài)的頻率規(guī)劃，而是可以從根本上適應(yīng)需求的變化。

“這些是巨大的推動(dòng)力，實(shí)際上它們推動(dòng)CR發(fā)展的速度比我原先認(rèn)為的要快，”他說(shuō)，“頻譜是一種極其重要的國(guó)家資源，但它目前的利用率實(shí)在太低了。”

現(xiàn)在正在研究的CR商業(yè)應(yīng)用之一是復(fù)用在80到850MHz范圍內(nèi)的電視UHF頻段，在這個(gè)頻段上的傳播特征允許實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離?非視距?最后一英里的無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)。

盡管對(duì)許多人來(lái)說(shuō)，一個(gè)能動(dòng)態(tài)適應(yīng)其環(huán)境并以“見縫插針”的方式復(fù)用已授權(quán)頻譜的智能無(wú)線電概念聽起來(lái)很吸引人，但合法的頻譜用戶卻不這么想?他們認(rèn)為復(fù)用會(huì)威脅他們的商業(yè)模式。“如果不是有這么強(qiáng)大的政府推動(dòng)力，CR也許在剛出現(xiàn)時(shí)就夭折了，”Chapin說(shuō)?Chapin稱贊FCC不顧現(xiàn)有頻譜用戶的??，迄今為止一直在支持CR的發(fā)展。

然而，來(lái)自頻譜合法用戶的反對(duì)只是CR問(wèn)題的開始，而無(wú)線工程界一般把這些問(wèn)題當(dāng)成是創(chuàng)新的機(jī)會(huì)。

這些機(jī)會(huì)開始于硬件層次?CR最極端的形式是一個(gè)可以跳進(jìn)和跳出任何頻段的無(wú)線電，而復(fù)雜的?頻率靈活的RF前端和軟件定義無(wú)線電被看成是CR的基礎(chǔ)?美國(guó)國(guó)防先進(jìn)研究項(xiàng)目局(Darpa)的XG項(xiàng)目是迄今為止最雄心勃勃的動(dòng)態(tài)頻譜適應(yīng)研究計(jì)劃，它要求一個(gè)無(wú)線電可以覆蓋從30MHz到30GHz的整個(gè)范圍，而這看起來(lái)像是CR的最終結(jié)果?在此之前，跳頻是最可行的方法，也就是一個(gè)無(wú)線電可以在高價(jià)值的特定頻段之間(例如在800MHz和2.45GHz之間)跳來(lái)跳去。

除去無(wú)線電本身的靈活性之外，CR面臨一些與其目標(biāo)應(yīng)用相關(guān)的有趣問(wèn)題?撇開商業(yè)模式不談，大部分問(wèn)題涉及到一個(gè)無(wú)線電如何感測(cè)其環(huán)境和如何實(shí)時(shí)地向其上層協(xié)議棧提供反饋，以避免干擾合法用戶?對(duì)CR來(lái)說(shuō)甚至更特殊的問(wèn)題是:這樣一個(gè)智能無(wú)線電如何才能編程實(shí)現(xiàn)。在面對(duì)多層系統(tǒng)不確定性的情況下，如何驗(yàn)證無(wú)線電也是創(chuàng)新的肥沃土壤。