如何清除认知无线电的干扰

尽管没有开发任何相关标准，也没有批准任何法规，但无线业界的强烈感觉是认知无线电(CR)将成为下一波浪潮。许多我们认为是认知无线电的技术今天都可以被实现，但它的发展仍面临几个技术障碍。

最大的困难之一是CR要检测在频道内已有的通信，并预测它的传输将对原有用户的接收器产生多大干扰。美国联邦通信委员会(FCC)称这种测量预期生成噪声的方法为干扰温度。

为了成功地通信，CR必须保证在共享频谱的同时不造成干扰。然而，不幸的是干扰温度方法也许不能提供这种保证。相反，一个基于实时数据库的系统，再辅之以控制信道和CR技术，就能确保无干扰的频谱共享。简而言之，这种方法可以为实现无授权的广域网络(Unlicensed WAN)扫清障碍。

在当前认知无线电开发的早期阶段，有几种可能的技术方案供选择。其中一些方案把CR的认知能力(即感测其环境并做出反应的能力)限制在目前尚未授权使用的频段以及极高频率的区间。这些方案依靠认知功能来允许未被授权的用户从授权用户那里借用频谱，只要这不会对原有用户造成不适当的干扰。在去年12月发布的一个建议法规制定通告(NPRM)中，FCC所采用的语言暗示了这种在预留频谱上承载无授权通信的方式。当时，干扰温度是NPRM关注的焦点。

困难在于如何有效测量干扰温度。CR能自然感知它的传输功率水平，借助全球定位系统，它还能知道自己的精确位置。有了这些信息，CR可以计算出它的传输将对工作在相同频率上的一个相邻接收器产生重大干扰的概率。这个概念类似于超宽带(UWB)。在超宽带中，传输功率保持得很低，以致于正常情况下不会发生任何有损害性的干扰。

不过，CR没有实际的方法能根据所怀疑的发射器定位所有的通信接收器或者评估这些接收器的能力。有些接收器会产生显著的内部噪音，其结果是只能容忍很小的干扰。有些接收器的位置可能离发送器太远，以至于它们从边缘开始接受信号。除非CR能测量其传输对所有可能接收器的影响，否则无法实现有用的干扰温度测量。

出于这个原因，许多系统运营商反对共享使用他们得到授权的频率。在他们覆盖区域边缘处的干扰可能会迫使他们中断对某些客户的服务或者建造更多的发射塔。为了解决这个问题，某些CR方案放弃了共享信道的概念。相反，它们试图识别未使用的信道，并在这个频率上进行传输，直到该信道的授权用户想使用它为止。当CR探测到这条信道的其它通信行为时，它就跳转到另一条未使用的信道。

该方法甚至允许这种可能性：一位未被授权的CR用户可以剥夺一位授权用户访问信道的权力，尽管该合法用户已经为之付出相当数额的金钱。在极端情况下，即使当一条信道正被活跃地使用时，CR也可能探测不到一个竞争信号。例如，当CR以高功率水平发射时，如果该信道的现有用户距离相当远并处于低功率水平，那么这类情况很容易发生。

以一个电视台的远程新闻转播车为例。该转播车把信号发送到电视台，然后电视台向家庭观众播放报道。现在，假设转播车被派往离电视台仅一英里左右的地方去报道一个事件。该新闻报道将以相对较低的功率从一个瞄准电视台的定向天线发射出去。一个位于该定向天线影响范围之外的CR也许检测不到这次传输。如果该CR确定这个信道没有被使用，并发送自己的信号给位于电视台主发射器远端的一个接收器，那么它能立刻中断这条新闻报道。在这种情况下，单靠干扰温度概念是不能有效保护授权用户的。

作为对FCC NPRM的回应,TI公司提出了一种替代的CR方案，可以克服干扰温度方法的固有弱点。通过消除CR侵犯原有用户访问信道权利的可能性，这种方法将为在非授权的情况下使用预留频谱(甚至包括为军方通信或紧急通信预留的频带)扫清障碍。

该方法采用一个实时数据库取代了对干扰温度测量的需求。该数据库将包含与所有当前通信有关的信息。每个发射器将向数据库报告数据，如它的位置、功率水平、调制方式和其它重要信息。与在未知的接收器位置测量信噪比不同，CR将通过持续监视数据库来获知在它的地理区域内哪些信道是畅通的。

这样一个系统将有效改变CR系统的重点。它不依赖自主工作的智能设备，而是创建一个智能设备的网络。该中央数据库首先将包括与专用未授权频谱的可用性、暂时可用频谱和可供短期租用的频谱有关的全部所需信息。

正如前述，它还将提供一个反映所有当前使用状况的实时图。尽管这可能要跟踪大量的数据，但值得注意的是在一个蜂窝通信系统中，对这些信息的访问主要通过有线回程来实现，而且网络中的基站可以管理每个手机，从而使可用频谱最大化。

这类系统的一个关键优势是原来的授权用户可以在所有时间内维持对自己频谱的完全控制。在给定位置的未用频谱将总是通过数据库来实现免费共享或租用。当授权用户需要使用该频谱时，它只需简单地通知数据库它不再可用，就可以在几秒内恢复。

这种CR数据库概念具有明显的意义。假设一个军方机构允许其他人免费访问它的未用信道，其前提只能是在紧急情况下，该频谱能够迅速恢复军队专用的属性。由控制信道和数据库组成的系统正可以提供这种功能。

作者：Bill Krenik

无线高级架构经理

TI公司