认知无线电动态频谱接入技术的分析

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1、重庆邮电大学硕士论文第一章引言第一章引言无线频谱需求需求量的增加和可用带宽的有限性被认为是制约未来无线通信发展的新瓶颈，认知无线电(CognitiveRadio，CR)技术以其固有的特性已经备受人们关注，本章首先从动态频谱管理(DynamicSpectrumManagement，DSM)思想产生的背景，以及CR技术特点与实现DSM的关系出发，介绍了本论文的研究背景和意义，接着对国内外CR技术的研究现状进行了概括，阐述了本论文研究的研究定位及主要创新点，最后给出了论文的主要研究内容和章节安排。1．1选题背景和研究意义1．1．1动态频谱管理思想近年来，无线通信产

2、业正在飞速的发展，越来越多的用户数量和更好的服务质量(QualityofService，QoS)需求成为无线产业向前发展的源动力。因此在诸如家庭、办公室以及公共场所等多种环境当中，与无线通信相关的新技术、新设备以及新业务也一个接一个地接踵而至，这种场景使我们期待的无处不在、无时不在的泛在通信网络将在不久的将来成为现实。与此同时，无线频谱的需求量也正在急剧增加。根据ReportITU．RM．pMT．ESTIMATE][1】对未来频谱需求的估计，到2020年，按照两个运营商计算，IMT-2000和IMT-Advanced总的频谱需求范围是1440～1760MHz

3、，最低的频谱需求也要1440MHz。按照我国的业务和市场预测情况，根据ITU．RM．[Mr．METH]建议中定义的计算方法，可以得出我国的2020年总的频谱需求约为1360MHz。其中IMT-2000及其增强型系统的频谱需求为560MI-Iz,IMT—Advanced频谱需求达到了800MHz。仅对于传统的授权无线业务情况如此，对于由非授权设备提供的基于无线通信的业务也已成为不争的事实。许多因素都在推动着这种频谱需求量的持续增加：经济转向通信密集型服务行业，劳动力的流动性正在增加，以及消费者为了便利性和高效性而拥有无线设备的数量正在增多等。然而，每个无线设备

4、都需要一定数量的频谱资源，无线电频谱是一个共享媒介，不同设备使用相同频谱时会产生干扰。为了消除不同无线业务之间的干扰，目前世界各国的频谱分配方式，基本上是无线电管理机构根据各法定无线电业务的技术特点、业务能力、带宽需求等因素，以固定频段指配方式，分配给各授权业务，因此可以认为无线电频谱是一种有限的资源。随着频谱资源消费者数量的不断增加，这种宝贵的无线资源最终重庆邮电大学硕士论文第一章引言将会耗尽。最近业界已形成一个共识，那就是可用的无线电频谱资源几乎已经被分配完毕。从美国的频谱分配情况和中国目前的频谱分配情况，可以看出几乎所有的频谱都已经授权业务所占用，在世

5、界上其它国家也存在类似的情况。新的无线业务为了获取可用的频谱资源，已经花费了数千亿美元的投入，如欧洲和亚洲的3G(therGeneration)频谱拍卖。这种不断增加的业务带宽需求和有限的无线频谱资源之间的矛盾变得越来越突出，似乎“频谱匾乏"的问题最终将会毁掉我们泛在网络的美好未来。随着技术的发展和业务需求的变化，固定频段指配的方式逐渐显示出了其固有的弊端。在某些热点业务的频段内(如蜂窝移动通信频段)，频段变得相当拥挤，频谱资源供不应求；而在其它的一些频段(如广播电视频段)，则存在时间和空间上的大量频谱闲置的现象。从2002年开始，多个公司和政府机构对频谱的

6、使用情况进行了实际的测量。美国联邦通信委员会(FederalCommunicationsCommission，FCC)【2】和奥地利的频谱共享公司(SharedSpectrumCompany，ssc)出具的报告显示，在已经授权的频段内存在大量的“白色区域”，在低于3GHz的频段内，频谱的占用率不足35％，即便在非常拥挤的华盛顿城区情况也是如此。在2002年共和党大会在纽约召开时，也得到了类似的测量结果。所有测量地点的平均频谱占用度为5．2％，最大频谱占用度也才有13．1％(纽约市)，最小占用度仅为1％(位于国家无线电天文观测台NationalRadioAst

7、ronomyObservatory，NRAO)。2001年德国Lichtenau地区的测量结果表明，大量潜在频谱资源只是偶然被占用【3J。我们发现，300MHz以下的频段基本上是始终被占用的，该频段被分配给了模拟的音频和视频广播。欧洲的GSM系统占用了900MHz附近的频率，是频谱使用的高峰波段。然而在二者之间的更宽的频段范围内却少有频谱活动。考虑到一些公共频带带宽的紧缺性，如2．4GHz和5．1GHZ的工科医(IndustrialScientificMedical，ISM)频段，这种状况对于频谱资源来说是一种巨大的浪费。国家无线电管理机构在中国南方的某大城

8、市展开了较为详尽的频谱占用情况测量工作。测量范围覆盖