自适应无线电提高无线连接的频谱利用效率
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:478
    
    
    现在的无线通信依赖大量的独立设备,每种设备都有自己的协议并在一个固定的频段上工作。因为这些设备彼此不能通信,所以它们一起创造的无线环境工作效率非常低。此外,每种设备的发射和接收都有可能对其它设备产生干扰,尤其是当高功率发射器与高灵敏度接收器同时工作的时候。
    
    如今,人们可能随身带着一个以上的手机、wi-fi卡、装有网络适配器(nic)的笔记本电脑、支持蓝牙的pda,并且在汽车上安装gps设备。但最终人们将希望把所有通信装置集成到一个智能设备中。
    
    自适应无线电利用一个设备,以适当的协议与工作在这些频带范围内的所有设备进行通信。当设备开始通信时,自适应无线电感测其环境,并选择最好的可用频带。在发射和接收期间,它也许会几次改变协议和频带以确保可靠的高速连接。在充分实现这个设想的系统中,支付这些业务的费用可以集中到每个月的帐单中,并且客户不再需要关心哪个协议或技术在处理他们的无线通信。
    
    英特尔公司一直致力于开发为实现自适应通信所必需的硬件和软件构建模块,目标是能用来构建自适应智能设备的廉价的硅元件和软件模块。如今已经开发出许多创新技术,但实现这个设想仍存在一些障碍。
    
    频谱分配方式
    
    自适应无线电面临的最大障碍是政策问题,而不是技术挑战。对实现交叉技术来说,分配给大规模高速无线通信使用的频谱资源远远不够,这个问题很大程度上归因于一个为时甚久的政策,即把固定的频带分配给专用通信。
    
    例如,分配给电视频道的固定频带只能让受让者使用。当受让者不使用时,该频道带宽就处于空闲状态,而不允许其它设备使用。同样,在特定区域内没有被分配的电视频道频带也不能被其它设备使用,甚至不能被同一区域的其它电视广播设备使用,因此这些频道总处于未使用状态。此外,在频道之间还存在未用的频谱。存在大量的未用带宽区的原因是各个电视广播设备的发射功率很高,并且可能相互干扰。在某些环境下,除非在各个发射频道之间有一个很宽的频谱间隔,电视调谐器才可能清晰地接收广播信号。在uhf频带上,这个频谱间隔包括许多电视频道,被称为“禁用频道”。
    
    频谱分配方式可能从现有的固定带宽分配发展为基于某种规则的分配方式。多个用户可以访问未被占用的带宽,而不会干扰主用户(从原理上讲)。这种被称为“覆盖(overlay)方法”的解决方案,在现有已分配的主用户带宽上叠加一个共享的次级通信频道。这种共享是在自愿基础上通过协商而获得的,可以在使用前协商,或使用过程中协商。其中一个例子就是公共安全机构使用的频带和电视频带之间发生的共享。此外,低功率设备可以在与电视广播站附近工作而不会产生有害干扰。
    
    第二个解决方法是让目前正在使用的已分配带宽起到双重作用。在这种方法中,低功率的发射信号存在其它设备所用的同一频谱上,比如wi-fi和无绳电话。这些发射信号只用于家庭或小办公室内的短距离通信。它们的带宽很高(高达几千兆赫),因此在给定的频带内的功率密度很低。当这些发射信号与相同频谱上的其它信号重叠时,它们对于其它设备来说是噪音。利用滤波技术,设备可以过滤掉这些不想要的发射信号,以免发生冲突。
    
    需要更多带宽的直接原因是自适应通信的特性。考虑到当蜂窝系统接收到的呼叫远多于它能处理的呼叫时,新的呼叫将被拒绝,因此拒绝访问可节省带宽。在自适应无线电有可能切换到其它频道的地方,这些带宽将被使用,使通信得以进行。
    
    需要额外带宽的另一个原因是需要随时可用的、可靠的高速通信。当然,也会出现新的应用需要使用这个带宽。例如,人们很快将需要把视频流和音频流无线地传送到遍布各房间的娱乐中心和电视机中。立体声音响和话筒之间的有线连接将成为历史,计算机和外设之间的连线以及计算设备之间的连线也将被淘汰。每个取而代之的无线连接都将消耗频谱带宽。
    
    
    
    图1:专用逻辑、粗粒可重新配置逻辑和dsp/fpga逻辑在灵活性和能
    
    
    现在的无线通信依赖大量的独立设备,每种设备都有自己的协议并在一个固定的频段上工作。因为这些设备彼此不能通信,所以它们一起创造的无线环境工作效率非常低。此外,每种设备的发射和接收都有可能对其它设备产生干扰,尤其是当高功率发射器与高灵敏度接收器同时工作的时候。
    
    如今,人们可能随身带着一个以上的手机、wi-fi卡、装有网络适配器(nic)的笔记本电脑、支持蓝牙的pda,并且在汽车上安装gps设备。但最终人们将希望把所有通信装置集成到一个智能设备中。
    
    自适应无线电利用一个设备,以适当的协议与工作在这些频带范围内的所有设备进行通信。当设备开始通信时,自适应无线电感测其环境,并选择最好的可用频带。在发射和接收期间,它也许会几次改变协议和频带以确保可靠的高速连接。在充分实现这个设想的系统中,支付这些业务的费用可以集中到每个月的帐单中,并且客户不再需要关心哪个协议或技术在处理他们的无线通信。
    
    英特尔公司一直致力于开发为实现自适应通信所必需的硬件和软件构建模块,目标是能用来构建自适应智能设备的廉价的硅元件和软件模块。如今已经开发出许多创新技术,但实现这个设想仍存在一些障碍。
    
    频谱分配方式
    
    自适应无线电面临的最大障碍是政策问题,而不是技术挑战。对实现交叉技术来说,分配给大规模高速无线通信使用的频谱资源远远不够,这个问题很大程度上归因于一个为时甚久的政策,即把固定的频带分配给专用通信。
    
    例如,分配给电视频道的固定频带只能让受让者使用。当受让者不使用时,该频道带宽就处于空闲状态,而不允许其它设备使用。同样,在特定区域内没有被分配的电视频道频带也不能被其它设备使用,甚至不能被同一区域的其它电视广播设备使用,因此这些频道总处于未使用状态。此外,在频道之间还存在未用的频谱。存在大量的未用带宽区的原因是各个电视广播设备的发射功率很高,并且可能相互干扰。在某些环境下,除非在各个发射频道之间有一个很宽的频谱间隔,电视调谐器才可能清晰地接收广播信号。在uhf频带上,这个频谱间隔包括许多电视频道,被称为“禁用频道”。
    
    频谱分配方式可能从现有的固定带宽分配发展为基于某种规则的分配方式。多个用户可以访问未被占用的带宽,而不会干扰主用户(从原理上讲)。这种被称为“覆盖(overlay)方法”的解决方案,在现有已分配的主用户带宽上叠加一个共享的次级通信频道。这种共享是在自愿基础上通过协商而获得的,可以在使用前协商,或使用过程中协商。其中一个例子就是公共安全机构使用的频带和电视频带之间发生的共享。此外,低功率设备可以在与电视广播站附近工作而不会产生有害干扰。
    
    第二个解决方法是让目前正在使用的已分配带宽起到双重作用。在这种方法中,低功率的发射信号存在其它设备所用的同一频谱上,比如wi-fi和无绳电话。这些发射信号只用于家庭或小办公室内的短距离通信。它们的带宽很高(高达几千兆赫),因此在给定的频带内的功率密度很低。当这些发射信号与相同频谱上的其它信号重叠时,它们对于其它设备来说是噪音。利用滤波技术,设备可以过滤掉这些不想要的发射信号,以免发生冲突。
    
    需要更多带宽的直接原因是自适应通信的特性。考虑到当蜂窝系统接收到的呼叫远多于它能处理的呼叫时,新的呼叫将被拒绝,因此拒绝访问可节省带宽。在自适应无线电有可能切换到其它频道的地方,这些带宽将被使用,使通信得以进行。
    
    需要额外带宽的另一个原因是需要随时可用的、可靠的高速通信。当然,也会出现新的应用需要使用这个带宽。例如,人们很快将需要把视频流和音频流无线地传送到遍布各房间的娱乐中心和电视机中。立体声音响和话筒之间的有线连接将成为历史,计算机和外设之间的连线以及计算设备之间的连线也将被淘汰。每个取而代之的无线连接都将消耗频谱带宽。
    
    
    
    图1:专用逻辑、粗粒可重新配置逻辑和dsp/fpga逻辑在灵活性和能
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