| 新的认知无线电技术 |
| 时间：2007-08-24 17:01:17 来源：科技日报社 浏览：1880次 |
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| 我们在日常生活中经常会遇到这样的烦恼：当你驱车途中正在收听一个自己非常钟爱的广播节目时，突然会由于信号问题什么都听不清楚了；当你遇到紧急情况需要打手机求救时，要么突然断线，要么线路繁忙根本无法拨通。这一切的不尽人意，即将会随着认知无线电技术的不断发展而烟消云散，在不远的未来，人们就有希望实现真正的“无限畅听”和“无限畅通”了！ 军事需求 ———认知无线电的催生剂 及时畅通的通讯已成为现代人类生活不可或缺的一部分。正是在此基础上，人类更高的通讯需求，尤其是军事通讯需求催生了认知无线电技术。 现代战争是陆、海、空、天一体化的立体战争，而保持所有通讯畅通则是致胜关键。在海湾战争中，由于美军陆、海、空三军以及多国部队各自采用的无线电通讯体制和无线电台装备性能不同，结果造成通讯不畅，带来了惨痛后果：一些美军士兵丧命或受伤于自己人的枪口；一些装甲车被友邻部队击中。战争结束以后，通讯互通性问题引起了美军高层领导的极大关注，军方开始寻找一种互通性、兼容性远远优于现行无线电台的全新设备。 1992年，美国科学家约翰•米特拉首次提出“软件无线电（softwareradio）”的新概念，立刻得到美国军方和一些民用研究机构的认可。“软件无线电”的基本概念是将硬件作为无线通讯的通用平台，再利用软件实现尽可能多的无线及个人通讯功能。 软件无线电采用“通用硬件平台”，实际上就是一台功能强大的袖珍型电子计算机，它过去依靠硬件完成的任务，现在利用软件都可完成。例如，加装一组电视软件，它就成了电视机；加装收音软件，它就成了收音机；加装无线电通讯软件，它又成了无线电台。将各种各样的无线电软件“灌”进去，它就能百变为一种多模式终端。 “软件无线电”概念自问世以来，发展十分迅速，已成为现代通讯的一个新增长点，被视为继模拟和数字技术后的又一次电子技术革命。 在软件无线电技术的发展基础上，现在又发展出一种更为先进的智能无线通讯技术———认知无线电技术（cog鄄nitiveradio）。认知无线电技术是软件无线电技术的扩展，它使软件无线电从预定协议的盲目执行者转变成为无线电领域的智能代理。认知无线电通过感知频率、时间和空间域等频谱环境实现频谱共享，提供灵活的频谱利用率，利用闲置频谱进行信号传输，以满足商业、军事、政府客户不断变化的需求。 智能搜寻 ———认知无线电的“制高点” 无线电通讯频谱是一种宝贵的自然资源，一般由政府授权使用。随着现代通讯业的迅速发展，频谱资源日益紧张，无线频段的使用也出现了严重的“贫富不均”：有些频段异常拥堵，而有些频段大部分时间则处于闲置状态。在通讯过程中，既定的专用频段一旦发生拥堵无法联络，就无法保持通讯的畅通。 人类能否利用无线电技术去自动搜寻闲置频段，然后利用这些闲置频段来发射或接收信号，实现真正意义上的“无限畅通”呢？认知无线电技术的答案是肯定的：能。这正是认知无线电大显身手之处。 认知无线电技术配备了自适应软件（adaptivesoft鄄ware），利用一台设备与工作在这些频带范围内的所有设备保持通讯。当该设备开始通讯时，自适应软件可迅速感测其频谱环境，自动选择最佳可用频带。在发射和接收期间，它还可能会若干次转换频带，以确保最可靠的高速连接。因此，认知无线电完全能提高无线连接的频谱利用效率。 在实际运用中，具备上述性能的认知无线电能依据先前的经验，确定下一步应该做什么。例如，在你清晨驱车上班途中，它能够测量不同地段无线电波传播的特点、信号强度及不同波段电波的发射质量，再根据这些情况在其内部自动建立一个数据库，包括所有不同地段、每天不同时段无线电波的相关信息。当认知无线电在发射和接受信号时，它就会根据需要，在那些闲置频段之间来回跳跃，避开繁忙拥挤的频段，确保发射或接收数据流。这就使得无线通讯变得更可靠、更方便、更畅通。 市场需求 ———认知无线电发展的内动力 由于认知无线电能够最大程度地自动利用闲置频谱，而不需要来自控制网络的各种指令，因而将为电用户节约不菲的使用费用。因此，当该技术最终实现市场化时，无线电用户的支出将能大大降低。 现在市场上先进的手机都具有很强的数据处理能力，每秒钟可处理几百万个指令。这种能力主要服务于专用的蜂窝标准（cellularstandards），手机服务商加载这些标准完全是为自身利益考虑，而不是为了用户的利益，例如在软件中加载固定窃听装置等。现在，这种能力则可以被用来安全地加载第三方软件，从而使你的手机与一个闲置的局域网（简称WLAN）相连接。 目前，90％以上的笔记本电脑都具有局域网性能，家用或商用局域网的数量也急剧增加。认知无线电技术的智能操作能在某一时刻，根据需要迅速地租用或借用局域网性能以及其他无线电频率的频谱（可以历时几秒钟或者几分钟）。据此，互联网服务商就可以将用户的数据或电话接通到全球的任何地方，也就是说，利用认知无线电技术，不需要专用蜂窝网络就可以顺利连通其他用户。 此外，对传统手机系统来说，网络具有负责整个系统高效运作的智能。虽然最新型的手机本身也具有更多新功能，但其智能化程度依然有限，用户依然需要与服务商签订合同以获得进入网络的许可，然后才能连接到交换式电话网络。而认知无线电技术则能够把那些能够与无线网络连接的智能化设备镶嵌于无线设备内部、手提电脑或者无线管理器之中，因此大大提高了这些设备的智能化程度。 现在的手机用户，每月账单包括租用无线频谱费、租用手机发射塔、网络运营商利润等各项细目。如果手机用户不再需要与服务商签订长期合同，他们每月的账单就会大幅减少。可以预见，未来手机用户的支出降低是大势所趋。 在人类技术发展史上，大多数新技术在走向市场的过程中都会遇到这样或者那样的阻力，认知无线电技术也不例外。目前手机服务商对此项新技术就相当冷淡。在2004年召开的一个移动通信专题技术会议上，摩托罗拉公司一位高级管理人员指出，几年前以局域网为基础的电话在技术方面已经成熟，但手机服务商却不需要这样的设备，理由非常简单：如果在白天正常工作期间把电话自动转移到局域网上，手机服务业每天将会损失数小时的手机费用。 闲置频谱 ———认知无线电发展的基本前提 目前，无线通讯使用的无线频谱范围通常在9千赫—300兆赫之间，不同通讯部门使用政府授权的不同专用无线频带。 在美国，除了6兆赫以上的高频波段外，位于28千赫—5600千赫之间的频带中大约有2800千赫的频带资源使用效率很低，甚至大部分时间处于闲置状态。即使相对拥挤的频段，在一些特殊时间段也基本处于闲置状态。而这些情况，正好为认知无线电提供了大显身手的舞台。 例如，手机和无线互联网服务所使用的专用频带经常过度拥挤，因为无线电玩具、车库遥控器等其他大量电子设备也利用这些频带来实现短途数据通讯。在每天凌晨三点半左右，这些频带几乎处于闲置状态，而在上午十点左右的高峰期、下午下班的时间段（尤其是道路交通拥堵时），这些频带则异常拥堵。 对于6兆赫以上的频带，空气湿度和小雨天气都将吸收大量无线频率信号。在气候干燥时，吸收高峰大约发生在20兆赫—60兆赫之间。对于校园内部或军事基地内部的短途通讯，利用现有技术，在34千赫—70千赫之间的频谱范围内，每秒可传输数兆位的数据量。 最近，由于计算机硬件功率的不断增加，利用上述频带，在小范围内每秒可传输数千兆位的数据量。毫无疑问，这种技术对高速路上的司乘人员、建筑物内固定无线系统的用户等将是巨大福音。 政府松绑 ———认知无线电的“通行证” 除了市场需求之外，任何一项关键技术的发展都离不开政府的强有力支持，认知无线电技术的发展尤其如此。 相对而言，认知无线电面临的最大障碍是政策问题，而不是技术挑战。对实现交叉技术来说，政府分配给大规模高速无线通讯使用的频谱资源远远不够。这个问题很大程度起源于已经执行了半个多世纪的无线电频谱管理政策———把固定的频带分配给专用通讯。 例如，分配给电视频道的固定频带只归受让者使用，即使受让者不使用，该频道带宽处于闲置状态时，也不允许其他设备使用。同样，在特定区域内未经分配的电视频道频带也不允许其他设备使用，甚至不能被同一区域的其他电视广播设备使用，因此这些频道总是处于未使用状态。此外，频道之间也存在着未使用的频谱，因为各个电视广播设备的发射功率很高，可能会相互干扰，只有在各发射频道之间有一个很宽的频谱间隔，电视调谐器才可能清晰地接收广播信号。 认知无线电技术推广的最大问题就是，必须利用政府分配给其他用户的闲置专用频带。这一问题如果不能从政策上解决，认知无线电技术就失去了发展基础。2004年，美国联邦通讯委员会的一项重要决定，就为认知无线电技术发展注入了新的活力：联邦通讯委员会建议，认知无线电技术可以使用处于闲置状态的电视频道专用频带。根据这一决定，在城市地区，认知无线电技术可以享用的无线频带又增加了100多千赫。 可以说，美国联邦通讯委员会的决定是为认知无线电的发展提供了一张“特别通行证”。 应用推广 ———认知无线电技术的市场化 在具备了政策因素和技术因素之后，认知无线电技术如何进一步发展，将取决于两大“巨人”部门之间的较量：一方为手机和通讯业界，另一方为互联网业界和计算机制造商。 尽管认知无线电技术的发展会遇到一些既得利益者的抵制，但其发展势头仍不可阻挡。如果美国联邦通讯委员会在政策方面继续加大支持力度，它将会把总量达数百兆赫的专用频带变为可共享无线频谱资源，长期困扰人们的无线频谱短缺问题就有可能得到缓解，认知无线电技术就将成为人类更好的通讯手段。以手机传输图像为例，现在传输一张压缩的数兆像素的图像需要一分钟，到那时，手机在1秒之内就可以传输10张这样的图像。 正如手机技术的不断进步给社会带来了广泛而深刻的影响一样，尽管认知无线电技术的发展尚需时日，但它必将对人类社会带来巨大而深刻的冲击。（来源：科技日报） |
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