作 者:陈东 李建东 李维英
此外,IEEE 802.11y新的标准的设计还考虑了和其他系统的共存的机制,如同样可以工作在3.65 GHz~3.7GHz频段的IEEE 802.16h系统。这些机制有利于动态频谱交换的实现和其他CR应用的共存问题的解决。
2006年12月,IEEE 802.11y标准的第一份草案已经提出。由于IEEE 802.11y将提供无线局域网标准中的新的物理层选择,我们可以在未来几年看到更多支持工作在该频段的网络设备的出现。
3 CR在WLAN应用中的主要技术
无线局域网具有工作区域小,工作地点灵活等特点。对于WLAN而言,其所面临的无线环境相对简单,更有利于CR技术的实现。CR的特殊性,要求其实现上必然依赖诸多主要技术。
3.1 频谱感知技术
CR中的频谱感知包含两个方面,带内检测和带外检测。从用户在工作时必须频繁地对当前工作频段和其他频段进行感知操作。对当前工作频段感知的目的是检测频段是否出现主用户。当出现主用户时可以进行快速的规避,放弃对当前工作频段的占用,从而避免对主用户形成干扰。对其他频段感知的目的是对周围其他频段的频谱使用状况进行测量。一方面在当前工作频段不可用时,可以及时切换到其他可用的工作频段,另一方面,可以利用新的可用频谱资源扩展工作频段,从而提高传输速率和网络的容量。同时进行频谱感知有利于频谱资源的管理,共享和交换。
频谱感知的方法主要包括基于能量的和基于信号特征的检测[5-6]。而后者由于需要工作频段内主用户信号特征的先验知识,所以限制了应用的范围。
式(1)给出了基于能量的检测中在给定错检概率PFA的情况下的漏检概率PMD。其中N 为采样点数,SNR为从用户处接收到主用户信号的信噪比。从该式可见随接收信噪比的降低,漏检概率将快速恶化。同时进一步研究表明,基于能量的检测在噪声不确定的实际无线环境中,其检测性能更难以令人满意。
受传播损耗和阴影衰落影响,无线局域网可能出现只有距离主用户较近的从用户可以探测到主用户工作的情况。而通常无线局域网中采用载波侦听多路访问/冲突避免CSMA/CA多址协议,这种协议无法保证探测到主用户出现的从用户能及时地竞争到信道并将消息广播出去,无法实现对主用户的及时规避。这个问题可以通过两种途径解决:
(1) 增加公共控制信道用于信令的传输。Pawelczak等人提出了一个简单的CR媒体接入控制( MAC)协议[7],将IEEE 802.11标准的MAC协议进行改进以满足控制信道的需求。
(2) 采用分布式感知和协同感知技术。文献[8]和文献[9]分别给出了几种协同感知的方法,可以有效提高频谱探测的性能和实时性。
CSMA/CA协议为随机多址协议,我们并不能预测在下一个时隙将由哪一个用户向哪一个用户发送报文。而在单天线的系统中,当接收用户处于在对其他信道进行探测的状态时,是无法接收到来自对应发送用户的报文的。这种情况将导致重传的发生,是我们所不希望的。通过分布式感知和协同感知技术,可以降低单次感知所需要的时间,从而减少重传的发生。另外可以为每个用户终端设备配备两个独立的全向天线,分别用于数据传输和频谱探测功能。
3.2 正交频分复用技术
正交频分复用(OFDM)的基本原理是把高速数据流进行串并变换,形成传输速率相对较低的若干个并行数据流,然后分别在不同的子信道中传输。可用载波被划分为多个正交的子载波或通道,每一子载波传输通信数据的一部分。每一个子载波的状况,包括发射功率、比特速率及是否使用,可以分别进行设定。
CR用户工作的频段可能存在多种不同类型频谱空洞。通过OFDM技术减少子载波可以利用所覆盖频段范围内的多个频率上不连续的频谱空洞,将分散的频谱空洞拼接成一个连续的频谱空洞用于数据传输。利用OFDM技术的特点,系统既能够使用频域内连续的多个信道,即信道连接模式,也能够使用频域内不连续的多个信道,即信道聚合模式。对多信道支持的特性可以采用信道分组与匹配机制以减少一些相关控制信息的开销。