系统解读无线通信之SDR和CR

　　认知无线电还是人工智能(AI)的一个很好的例子。人工智能是一系列用来存储和使用解决问题的知识的软件。它可以使用标准算法，还可以采用专家系统、自然语言处理、模糊逻辑和搜索技术等多种人工智能技术。人工智能/认知无线电可以通过根据现有的知识评估状况和决策，并采取行动达到所需的最佳结果，从而模仿人类用户。

　　认知无线电的一个非常重要的功能是动态频谱接入(DSA)，该功能使得认知无线电能够在确定频谱中的一个频道未被使用后调整到该频道。动态频谱接入无线电使用未使用的频谱，从而使有限的频谱空间产生更高的效率。

　　认知收发器基本上以工作频率、调制模式、功率级别和其他因素的方式通知SDR如何操作，并自动作出相应的调整。认知无线电是监控SDR并在必要时提供命令和控制指令的软件。

　　认知无线电主要力争解决两个重要的无线问题：有限的频谱以及不同的无线电或无线系统之间的互操作性。认知无线电可以找到开放频谱并使用该频谱。它还可以改变其波形或者协议，以适应不同特性的无线电，从而实现通信或者让通信更可靠。

　　还有几种不同类别的认知无线电。比如，基于策略的无线电通过一组预定义的功能(比如波形和程序)编程。使用这种无线电方法是选择几种不同的预编程固定函数中的其中一种函数。固定函数在制造过程中载入，由用户选择，或者通过空中接口下载。

　　另一种认知无线电是一种可以全面重新配置的无线电。这种完全普通的收发器可以在各种频率和功率范围内工作。这类无线电可以针对新应用或通信条件以动态方式进行全面的重新配置。

　　认知无线电示例

　　xG Technology公司的xMax运营商级认知无线电系统用于移动通信，该系统使用902至928MHz范围内的未经授权的工业、科学和医疗(ISM)频段。在其首次迭代中，它是作为美国陆军的试验驻军和战场蜂窝无线电系统部署的。

　　作为用来验证和测试用于战场的系统的军事网络集成评估(NIE)过程的一部分，该系统已在2011年早些时候在布利斯堡和白沙导弹试验场进行了测试。根据书面媒体报道和军 队人员的观点，该系统的表现相当出色。

　　xMax原型系统使用微型手机基站及该系列的TX70手持机。该系统还通过手持机自带的认知技术使用900MHz的时分双工(TDD)数字无线电。该系统还支持互联网协议语音(VoIP)呼叫和发送短信(SMS)。该手持机包含完整的Wi-Fi无线电。

　　xMax系统符合美国联邦通信委员会(FCC)针对902至928MHz频谱的第15部分的规则。无线电的有效全向辐射功率(EIRP)可高达4W，基站也是一样。该系统将该频谱范围划分成18个1.44MHz频道，采用鲁棒的二进制相移健控(BPSK)调制方式。接入方式为时分多址(TDMA)技术，每个通道都可以处理多达12个语音呼叫。

　　该无线电的认知功能可以侦听使用中的频带，以确定哪里有干扰，然后切换到具有最低噪声电平的频率上。xG手持机每秒钟扫描频带33次，以寻找干扰并确定可形成稳定链路的确切位置。然后该手持机通知基站，从而在必要时更改频率，保持流畅的连接。

　　目前，xG技术正在向其第二代xMax设计方向发展。这种新型xMax系统不再使用特殊的手持机，而是使用标准智能手机。而这正好符合军 队的要求，因为士兵使用标准的智能手机、膝上型电脑或平板电脑可以节省经费。

　　在这种新系统中，智能手机与xMod桥接设备通信(图8)。该设备类似于Novatel MiFi设备，可以让多个膝上型电脑通过Wi-Fi连接与它通信，然后通过与蜂窝网络的连接将这些连接回传至互联网。xMod以类似的方式工作，它支持与商业智能手机或计算机的Wi-Fi(或直接USB线缆)连接，使用认知xMax网络传回互联网或军事网络。

　　这种新型布局给系统增加了高速数据连接。此外，它还通过智能手机应用增加了受控VoIP功能。普通的3G和4G蜂窝智能手机通过2G或3G蜂窝链路采用蜂窝系统的标准语音服务，该服务目前还不是VoIP服务。xMax系统在智能手机中加入了一种特殊的应用，该应用使得智能手机能够找出并优化语音包。这样，xMax系统即可提供固话级音效(即使是100%基于IP的系统)。

　　这种新系统利用正交频分复用(OFDM)来修改xMax波形。上文中定义的18个1.44MHz频道的每一个频道都进一步分成128个副载波。无线电接入方式为TDD。增加的另一个关键技术是多入多出(MIMO)，该技术可以大幅提高覆盖范围、可靠性和数据速率。xMod设备采用具有四个接收链路和两个发射链路的2×4 MIMO系统。

　　认知功能和无线电本身主要以软件(一般称为SDR)的方式实现。该系统整合了认知无线电技术、MIMO技术和先进的信号处理技术，最大限度地提高了覆盖范围、可靠性和吞吐能力。所需的相当高的处理能力由能够同时在xMod和基站中支持50 GOPS的新一代处理器提供。这种处理能力是一个全新的突破，现在提供适合xMod等电池供电设备的尺寸和功耗级别。

　　据xG公司的Rick Rotondo介绍，xMax的认知能力和干扰抑制算法使其能够在“白色空间(white spaces)”以及“灰色空间(gray spaces)”可靠地工作。白色空间是指未被使用的电视频道，这些频道已经被FCC保留下来，无需授权即可使用。

　　不过，由于在这些频道工作的无线麦克风以及在这些频道附近工作的其他白色空间设备，白色空间很快就会变成灰色空间。事实上，xG公司从中获得经验的900MHz频带现在已经在超负载使用，由于无绳电话、无线安全系统、遥测无线电和其他设备产生的干扰而已经变成了“深灰”空间。