图1 CUWB系统的认知循环处理模型
在该模型中，CUWB系统认知循环处理过程是从接收机检测射频激励信号开始的，通过在一个宽的频带上感知频谱环境估算干扰温度及探测频谱空洞，根据RF环境感知的结果信息动态构建CUWB系统的辐射掩模，以约束UWB信号的发射，确保UWB与该频带上其他系统无干扰地共存。发射机需要根据接收机反馈的频谱及信道状态信息进行动态频谱管理及发射功率控制以形成CUWB系统的自适应功率谱，并产生与之相匹配的频谱灵活的自适应脉冲信号，进行自适应的传输。CUWB系统能适应环境及业务的变化，可以动态地调整传输参数以更好地重用UWB频谱空间的可用频率，能根据信道的状态针对功率、距离和所要求的数据率进行动态频谱优化分配。
2.CUWB系统结构
CR和UWB的结合给无线通信领域带来了一种崭新的观念，提供了一种全新的频谱管制和使用的方式。这些新的概念也使得传统上的一些无线系统设计经验很难派上用场。由于CUWB系统设计在多层上都面临着物理层新特性带来的挑战，如独特的频谱感知功能、位置定位功能和自适应脉冲传输等，因此在研究中，文章采用了分层功能抽象和跨层联合设计相结合的方法对CUWB系统的整个结构框架进行了研究设计，如图2所示。
图2 CUWB系统结构框图
首先，依照通用的分层设计方法构建CUWB系统的分层框架，主要是研究CUWB系统物理层（PHY）和MAC层问题。CUWB系统的这种分层框架主要是基于现存的UWB无线通信系统分层模型，在物理层加入独特的认知功能和MAC层的自适应能力。逻辑上，为了更好地分析并突出认知功能，我们把感知模块从物理层中单独地列出。感知模块负责估算子频段的干扰温度、探测频谱空洞、识别活动的其他用户信号，物理层主要负责定位及测距、信道状态估计、自适应调制/编码和频谱灵活的脉冲信号波形生成。在自适应脉冲信号波形的生成上，CUWB系统可通过修改相应的脉冲生成子模块的算法来无缝地产生不同频谱形状的发射信号波形，从而对频谱环境的变化做出动态的反应。MAC层则主要包括优化传输参数、自适应速率反馈、协作感知及分配资源。
其次，在跨层联合设计中，如何将分散在各个子层的特性参数协调融合，以提升系统的整体性能，这就对系统设计提出了新的挑战。在研究与设计中，可先对CUWB系统底层从概念上定义一定范围的参量，即在物理层和MAC层中明确地定义频谱信息、数据速率、信道状态信息、链路范围、位置信息、电源消耗等参量；同时，把上层能利用的物理层感知到的信息及MAC子层信息进行汇聚，使得底层信息可以方便地提供给上层网络使用。如，在研究设计CUWB网络层路由协议和算法时，可根据底层信息汇聚模块传递上来的周围频谱环境信息及位置信息，自适应地选择路由以避开干扰区域。这种底层信息汇聚方法可极大地提高跨层信息传递的效率，并简化跨层设计模型，减少了层与层之间的消息或信令传递。在重配置能力方面，CUWB系统可通过修改相关功能子模块的算法参数无缝地产生不同的发射信号波形，如动态频谱分配和自适应脉冲生成等子模块，从而对频谱环境的变化做出动态的反应。它利用了软件无线电自适应和重编程的特点及脉冲发生器的可编程性，加上与周围环境的交互，通过感知的方式采取合适的行动，从而实现软件CUWB无线电功能，建立了环境感知和UWB技术基础上可重新配置的无线平台。
二、主要功能模块探讨
