CUWB：超宽带和认知无线电的完美结合

技术在多种应用场景下的发展。例如，IEEE802.22工作组对基于CR的无线区域网络WRAN的空中接口标准正在制定中，目标是将分配给电视广播的VHF/UHF频带的空闲频道有效的利用起来；IEEE802.16工作组正在着手制定h版本标准，致力于改进如策略、MAC增强等机制以确保基于WiMAX的免授权系统之间、与授权系统之间的共存。此外，ITU也在努力寻找类似CR的频谱共享技术。目前，受CR的潜力及其在无线电领域公认的"下下一件大事情"的激励，国内不少院校和学者也已经开始了这方面的研究，如西安电子科技大学已经开展的2005年度"863"有关CR技术的研究。

二、UWB与CR结合的可行性分析

由于UWB的超宽带特性，它必然会对共享频段内的其它窄带系统产生干扰，并且自身也将受到其它系统在某频段的强干扰。无线电频率管理有两个基本的原则：新的无线电技术不得对已有的无线电台（系统）造成有害干扰；受到干扰不得提出保护要求，即要能忍受已有无线电台的各种干扰。因此，UWB系统必将面对两个比较突出的问题，在共享频谱的时候不得对已有的窄带系统造成有害干扰，同时UWB系统也可能受到来自其它系统的强窄带干扰。目前，所有针对这个问题的解决方案都是针对UWB系统本身进行优化设计，研究思路大都集中在UWB脉冲信号波形（由于IR-UWB具有许多特别的优点，如易于数字化及软件化，低成本低功率等，本文限定于IR-UWB）的设计与优化上，以期产生出严格遵守FCC等机构制订的辐射掩模约束条件的脉冲信号，并采用一些有效的抑噪技术来减少对现有窄带系统的干扰。如寻找一种更优的UWB信号波形，采用自适应编码、调制、比特交织、波束成形及功率控制等已在蜂窝通信中被验证能起到抑制干扰作用的相关技术。许多研究已经表明，这种思路要想设计出既符合各相关机构制订的频谱掩模约束又可避免相互干扰的脉冲波形是非常有挑战性的。基于这个考虑，并结合感知无线电具有能感知周围环境特别是频谱操作环境的特性，我们把CR技术引入到UWB系统的研究和设计中来，给UWB面临的上述问题提供一种全新的解决思路，有可能设计出一种全新的高性能UWB系统。采用频谱感知技术能提高频谱利用的灵活性，改善频谱共享，有效抑制窄带干扰，与其它系统更好地共存，同时还可潜在地提高频谱的利用率，提高数据传输速率和UWB系统的整个性能。例如，UWB在10m范围内有很高的传输速率，但由于受发射功率的限制，10m以外的传输速率将大大下降。在感知周围的频谱环境后，可根据所感知的频谱信息动态地改变传输信道或调整UWB的发射功率，以提高UWB的传输距离，并且不会增加其带给其它系统的有害干扰。于是，针对UWB技术发展过程中所必须面对的共存问题，并结合UWB和CR技术的优点，本文提出这种被称为认知超宽带无线系统的全新的UWB系统机制，其有望打破目前UWB技术发展中的僵局。

另一方面，虽然CR的前景非常诱人，但要真正走向实用还有很长的一段路要走。首先，它必须得到用户的认可与信任。这个用户既包括采用CR技术的用户，也包括可能受CR设备干扰的用户。在这两方面达成共识之前，CR技术不可能得到广泛的应用。其次，从技术上来看，CR技术目前还处于概念阶段，相关的理论和关键技术还很不成熟。由于CR具有SWR所拥有的自适应性和重配置能力，CR技术在发展过程中也必将遇到SWR所遭遇的复杂的射频前端设计挑战。这样，目前要实现一个真正意义上的CR系统也必将遭受SWR类似的困境。UWB技术本身所固有的易数字化及扩展性，使得其适合成为支持通用的物理层的技术，从而也使得CR技术的发展避开了SWR发展过程中所碰到的难题。例如，UWB技术将解决CR实现上遇到的一些难题。在RF前端设计中涉及到各种不同的组件，包括天线、放大器、滤波器、低功率高速ADC和DAC等的限制。这些组件关键的发展和局限基本上都与其操作的带宽有关。再有，超宽带系统的天线和信号超宽带特性使其便于进行测频及系统可使模数转换器尽量靠近天线端并迅速进入数字信号处理领域的能力，这将给CR的发展带来机遇。

三、CUWB系统

认知超宽带无线通信系统是结合CR和UWB技术的主要优点来联合设计研究的一种智能无线系统，是一种基于频谱感知的具有自适应辐射掩模（或发射功率谱密度）和灵活波形的新型超宽带系统。该系统的基本原理主要是利用CR能够感知周围的频谱环境和UWB系统易于数字化软件化的特性，依据感知得到的频谱信息和动态频谱分配策略来自适应地构建UWB系统的频谱结构，并生成相应的频谱灵活的自适应脉冲波形，根据信道的状态信息进行自适应的发射与接收。

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