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由于超寬帶(UWB)的特性，它必然會對共享頻段內(nèi)的其他窄帶系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，并且自身也將受到其他系統(tǒng)在某頻段的強干擾。因此，UWB系統(tǒng)必將面對兩個比較突出的問題，在共享頻譜的時候不得對已有的窄帶系統(tǒng)造成有害干擾，同時UWB系統(tǒng)也可能受到來自其他系統(tǒng)的強窄帶干擾。目前，所有針對這個問題的解決方案都是針對UWB系統(tǒng)本身進行優(yōu)化設計，研究思路大都是集中在UWB脈沖信號波形的設計與優(yōu)化上，以期產(chǎn)生出嚴格遵守FCC等機構制定的輻射掩模約束條件的脈沖信號，并采用一些有效的抑噪技術來減少對現(xiàn)有窄帶系統(tǒng)的干擾。但是，許多研究已經(jīng)表明這種思路要想設計出既符合各相關機構制定的頻譜掩模約束，又可避免相互干擾的脈沖波形是非常有挑戰(zhàn)性的。這主要是由于該設計方法沒有和外界環(huán)境交互，缺少對周圍射頻環(huán)境的了解，使得UWB系統(tǒng)的頻譜共享缺乏靈活性，系統(tǒng)間共存缺少針對性，限制了UWB系統(tǒng)性能和頻譜利用率的進一步提高。而認知無線電(CR)技術的核心則是通過動態(tài)頻譜感知來探測“頻譜空洞”，尋找合理的機會占用此臨時可用的頻段，并自適應地隨著感知結果而動態(tài)地改變系統(tǒng)傳輸參數(shù)以規(guī)避高優(yōu)先級的授權主用戶�；谶@個考慮，并結合感知無線電具有能感知周圍環(huán)境特別是頻譜操作環(huán)境的特性，把CR技術引入到UWB系統(tǒng)的研究和設計中來[2,3]，給UWB面臨的上述問題提供一種全新的解決思路，并有可能由此設計出一種全新的高性能UWB系統(tǒng)。采用頻譜感知技術能提高頻譜利用的靈活性，改善頻譜共享，有效抑制窄帶干擾，與其他系統(tǒng)更好地共存，同時，還可潛在地提高頻譜的利用率，提高數(shù)據(jù)傳輸速率和UWB系統(tǒng)的整個性能。針對當前UWB技術發(fā)展過程中所必須面對的共存問題及進一步發(fā)展的趨勢，結合UWB和CR技術的優(yōu)點，文章探討了一種被稱為認知超寬帶(CUWB：CognitiveUltraWideband)無線通信系統(tǒng)的全新的UWB系統(tǒng)機制，其有望打破目前UWB技術發(fā)展中的僵局，而成為UWB全球統(tǒng)一標準的最佳技術候選。目前，CUWB系統(tǒng)的研究也正成為UWB技術后續(xù)發(fā)展研究的一個主要方向。
一、CUWB系統(tǒng)結構
1.CUWB系統(tǒng)的工作原理
CUWB無線通信系統(tǒng)是結合認知無線電和超寬帶技術的主要優(yōu)點聯(lián)合研究與設計的一種智能無線系統(tǒng)，是一種基于頻譜感知的具有自適應輻射掩模(功率譜密度)、自適應頻譜接入能力和靈活波形的新型超寬帶系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本原理主要是利用CR能夠感知周同的頻譜環(huán)境和UWB系統(tǒng)易于數(shù)字化、軟件化的特性，依據(jù)感知得到的頻譜信息和動態(tài)頻譜分配策略自適應地構建UWB系統(tǒng)的頻譜掩模，并生成相應的頻譜靈活的自適應脈沖波形，根據(jù)信道的狀態(tài)信息進行自適應的發(fā)射與接收。由于具有環(huán)境感知功能，包括頻譜感知和位置感知，CUWB系統(tǒng)的特性及相關操作流程與現(xiàn)行超寬帶系統(tǒng)相比發(fā)生了顯著的變化，同時，由于UWB與CR共享頻譜的方式存在本質(zhì)上的差異，這使得CUWB的認知循環(huán)過程與一般的CR系統(tǒng)也不盡相同。因此，必須首先對CUWB系統(tǒng)的特性及通信流程進行描述，定義系統(tǒng)對環(huán)境的認知及自適應過程。
在當前CR技術的研究中，由于認知無線電技術尚處于起步階段，對于該技術的主要功能及認知循環(huán)過程還處于討論之中。隨著對CR技術的不同認識，不同的研究學者及相關研究機構在研究與設計認知無線電的總體框架中所涉及的具體內(nèi)容有所不同，所基于的認知循環(huán)模型也不同。其中，最典型的是Mitola博士[4]提出的基于機器學習和模式推理的認知循環(huán)模型，包括了一系列的認知學習步驟。它主要是采用無線電知識描述語言(RKRL：RadioKnowledgeRepresentationLanguage)，通過基于模式的推理來與網(wǎng)絡進行智能交流，主要涉及到高層次協(xié)議的研究與設計。然而，Mitolo并沒有提出相應的實現(xiàn)具有認知功能的物理層和MAC層體系結構的底層支撐技術，且其提出的認知循環(huán)過程比較復雜，他認為認知無線電系統(tǒng)應該具備檢測、分析、調(diào)整、推理、學習等能力。但是考慮到系統(tǒng)認知功能的智能化水平與實現(xiàn)復雜度方面的折衷，文章結合UWB系統(tǒng)特性對CUWB系統(tǒng)的認知過程進行了簡化處理，使其具備檢測、分析和調(diào)整三個最基本的認知能力，同時，充分利用UWB所具有的精確測距與位置定位能力輔助估計信道狀態(tài)，甚至可以輔助計算干擾溫度的空間分布，以使CUWB系統(tǒng)上層能夠建立在現(xiàn)實的物理層模型之上，如圖1所示。
近日，一些用戶自費采購自建了一些移動通信無線信號增強器，說明移動通信的普及要求仍然很高。利用Femtocell及其補充技術的微小區(qū)域方案的出現(xiàn)將徹底解決這一問題。
■（中國聯(lián)通集團移動網(wǎng)絡有限公司陜西省分公司 周雙陽 王昊）隨著移動通信的進一步發(fā)展，網(wǎng)絡覆蓋不斷向廣度和深度拓展，大片的盲區(qū)和信號微弱區(qū)域的覆蓋問題已經(jīng)基本得到解決。而一些微小區(qū)域的覆蓋盲區(qū)卻是傳統(tǒng)網(wǎng)絡建設方式所無法根本解決的。
由于目前大部分的用戶已經(jīng)習慣于移動通信的業(yè)務應用，如果一個用戶即使在一個很小的區(qū)域內(nèi)無法使用移動通信業(yè)務，這都將會給這個用戶帶來極大的不便。為此，一些急需要通信的用戶采取了自建網(wǎng)絡的行為。最近，有報道說在廣州、深圳等城市的城中村內(nèi)，一些用戶自費采購自建了一些移動通信無線信號增強器，說明了移動通信的普及要求移動通信網(wǎng)絡必須覆蓋任何地區(qū)了。
從網(wǎng)絡應用的角度方面看，首先，這些區(qū)域的用戶已經(jīng)不滿足傳統(tǒng)網(wǎng)絡的覆蓋了，或者是說傳統(tǒng)的網(wǎng)絡覆蓋并沒有覆蓋他們想覆蓋的區(qū)域；其次，由于有強烈的業(yè)務使用需求，必須有一種網(wǎng)絡覆蓋手段解決微小區(qū)域的覆蓋問題；第三，由于無線信號增強器是由一些用戶自發(fā)的使用，沒有得到很好的規(guī)范，如果放任自流將有可能影響到網(wǎng)絡，如果加以好的利用就可能增加無線網(wǎng)絡覆蓋，吸收更多的話務量。能不能變被動為主動，從而找到一個微小區(qū)域覆蓋解決方案呢？
微小區(qū)域覆蓋解決方案應運而生，這個解決方案主要就是根據(jù)用戶的業(yè)務需求，在有很多業(yè)務應用或是業(yè)務需求強烈的區(qū)域，以解決小塊區(qū)域無線網(wǎng)絡覆蓋為目的，利用Femtocell或是無線信號增強器，實施的微小區(qū)域信號覆蓋解決方案�？紤]到這些區(qū)域基本上是目前多種制式的移動通信網(wǎng)絡都難以覆蓋的，如果有運營商首先解決將形成差異化的網(wǎng)絡覆蓋，這種差異化網(wǎng)絡建設當然是源自于市場需求了，這個方案也是一種自下而上的網(wǎng)絡建設方案。
微小區(qū)域方案應運而生
微小區(qū)域覆蓋解決方案可以解決多種微小區(qū)域的覆蓋問題，本方案通過無線信號增強器，一端用高增益天線接收基站信號，一端用覆蓋天線覆蓋所需要的區(qū)域。目前所使用的無線信號增強器，采用了一些最新數(shù)字處理技術，保證對網(wǎng)絡不自激、不干擾，避免傳統(tǒng)直放站引起網(wǎng)絡質(zhì)量下降的問題。降低了業(yè)主的協(xié)調(diào)難度和費用，使網(wǎng)絡建設的難度大大降低。改善信號覆蓋，提高用戶感知度，降低用戶投訴，提高用戶滿意度。我們可以分析一些使用無線信號增強器的具體場景應用，來討論本方案的特點。
電梯解決方案：電梯是電波難以穿透的典型區(qū)域，一般電梯具有小區(qū)域、密閉性強、移動、分散等特點，應用傳統(tǒng)的室內(nèi)分布解決方案需要在井道內(nèi)布射頻同軸饋線、安裝功分器件和定向天線，工程周期長、工程量大、施工難度大、建設費用高。而電梯解決方案無需在井道內(nèi)安裝任何器件，所有安裝都集中在轎箱頂上和內(nèi)部的隔層中，工程施工簡單，設備器件少，一般一個電梯只需要15分鐘即可安裝開通，應用此方案一天一組工程人員可安裝5～10部電梯。對于中小型電梯，微小區(qū)域電梯覆蓋解決方案不失為一種最佳解決方案。
電梯覆蓋解決方案
小區(qū)域地下室的覆蓋解決方案：在面積小于500平方米的地下停車場或地下經(jīng)營場所，按照傳統(tǒng)的室內(nèi)分布建設流程，因為所需要覆蓋面積小，一般不予以重點考慮，這就影響了這些區(qū)域的用戶應用，造成話務量的流失。而應用小區(qū)域地下室的覆蓋解決方案，建設流程簡單，一般可直接進行工程施工，工程量小，在工程中施工人員可通過施主天線選擇接收室外的基站信號，經(jīng)過饋線傳送到地下區(qū)域，經(jīng)過小增益的信號放大，就可對這些區(qū)域進行覆蓋了。
小區(qū)域高層無線干擾應用解決方案：在現(xiàn)代城市里經(jīng)常有一些超過30層的建筑物，在超過25層以上的區(qū)域，由于相對的海拔位置高，這些區(qū)域可以收到很多基站的信號，造成了無線干擾，從而造成了通話雜音或是無法正常通信，而25層以下的其他區(qū)域情況良好。在這種情況下，使用此方案通過高增益天線的接收，引入一個基站的信號作為主信號來壓制那些干擾信號，通過此方案就可以用較小的成本快速地解決高層小區(qū)域的無線干擾問題。
新方案新應用
微小區(qū)域解決方案解決了一些區(qū)域的應用問題：無線公話信號增強器，主要用于無線公話的話吧等，可進一步促進無線公話業(yè)務的發(fā)展，運營商可以有針對性地在一些低話務區(qū)應用此方案增加話務量；手機伴侶，此方案可用于密集建筑物低層的室內(nèi)，也可用于提高室內(nèi)高速業(yè)務的速率；小場所、高話務室內(nèi)區(qū)域的應用，如小型會議室、服務員休息室、小型電梯等人員密度大，又有迫切使用通信業(yè)務需求的區(qū)域，使用信號增強器可以解決定點小區(qū)域的覆蓋問題，同時還可以吸收更多的移動通信業(yè)務量；小型移動交通工具內(nèi)的應用，如近海和內(nèi)陸河流內(nèi)的小型船只內(nèi)和移動的車輛內(nèi)，有一定的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務應用需求的地方。
隨著3G網(wǎng)絡的推出，3G業(yè)務將得到廣泛的應用，對于3G高速數(shù)據(jù)業(yè)務的應用也會越來越多。由于3G網(wǎng)絡設計的室外連續(xù)覆蓋的業(yè)務速率并非網(wǎng)絡可達到的最高速率，如WCDMA的室外連續(xù)覆蓋有設計成64K或384K數(shù)據(jù)業(yè)務連續(xù)覆蓋，所以在小區(qū)邊緣，一些用戶是無法使用到最高速率的業(yè)務。而在沒有室內(nèi)覆蓋的室內(nèi)區(qū)域，用戶無法享受最高速業(yè)務的區(qū)域?qū)螅@種情況將會一定程度地影響用戶對3G業(yè)務的感知度。
同時，由于CDMA系統(tǒng)的呼吸效應，當用戶增加后，一些區(qū)域高速業(yè)務應用將得到進一步的限制。在這種情況下，從用戶應用側來考慮，合理地應用一些微小區(qū)域覆蓋解決方案，就可以解決一部分3G用戶在這些區(qū)域的高速業(yè)務應用的問題。
由上可知，微小區(qū)域覆蓋解決方案對環(huán)境要求低，可以解決用戶在眾多小區(qū)域語音業(yè)務的需求，而且可以解決一些場所內(nèi)的數(shù)據(jù)業(yè)務應用，特別是高速數(shù)據(jù)業(yè)務的需求。移動通信技術的發(fā)展是全面的，一種技術的突破必然帶動其他網(wǎng)絡技術的發(fā)展，多技術的多種解決方案也是網(wǎng)絡技術發(fā)展的趨勢。微小區(qū)域覆蓋解決方案有著其他技術無法取代的優(yōu)勢，其技術特點更加趨近于用戶的業(yè)務體驗，相比其他技術，微小區(qū)域覆蓋解決方案具有更強的精細化、差異化、個性化的特點，如果加以推廣應用，此方案一定會和其他技術手段一起更好地服務于廣大用戶。
