A. 钖岄戞槸浠涔堟剰镐
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B. 感知无线是什么
线电通信频谱是一种宝贵的资源,目前的频谱管理主要存在3个方面的矛盾情况:频谱使用是动态的,但频谱分配是固定的;频谱是稀有资源,但频谱利用率不高,且存在大量空闲;可分配频谱很少,但无线通信业务量和新技术在快速发展,频谱需要量也在快速增长。
导致这些矛盾的根本原因在于固定分配频谱方案和独占频谱使用权(即业务接入权或频谱准入权)原则,因此有必要改变目前的频谱分配和频谱准入的管理办法,目前ITU和FCC等无线电法规部门都已开始讨论和研究这个问题。但由于固定频谱分配方案过去在频谱规范管理方面曾发挥过很好的作用,同时存在巨大的经济和政治背景,短期内改变这种状况很困难。
因此,现阶段最实际的办法是通过改变业务接入权或频谱准入权,以开放频谱使用、提高频谱使用效率和充分利用空闲频谱。特别是如果能够将已分配但大量空闲的频谱资源加以合理利用,目前频谱资源的紧张状况将得到极大的改善;在军事通信对抗环境,往往既定的通信传输频段因被敌方干扰或传播环境恶劣而无法通信,必须寻找可以利用的空闲频谱进行通信。这样,迫切需要一种技术来解决开放频谱和提高频谱利用效率问题。
目前已有一些提高频谱利用效率的方法,但不能从根本上解决问题,另外开放频谱必须保护已购买频谱者的利益,同时不能对授权使用该频谱的业务和系统产生严重的干扰,影响它们的正常通信。感知无线电(Cognitive Radio,CR)提供了一种按伺机的方式共享和利用频谱的手段,它可以有效地解决这两个问题。目前采用的是基于频谱授权的静态频带分配的原则。随着无线通信技术的高速发展,频谱资源贫乏的问题日益严重,然而绝大多数国家的频谱资源利用率却不容乐观[1]。认知无线电技术正是基于这一问题提出的。认知无线电是一种用于提高无线电通信频谱利用率的新的智能技术。具有认知功能的无线通信设备可以感知周围的环境,再利用已经分配给授权用户,但在某一特定的时刻和环境下并没有被占用的频带,即动态再利用“频谱空穴”;并能够根据输入激励的变化实时地调整其传输参数,在有限信号空间中以最优的方式有效地传送信息,以实现无论何时何地都能保证通信的高可靠性和无线频谱利用的高效性[2]。认知无线电的一个基本的认知周期要经历三种基本过程:感知频谱环境;信道识别;功率控制和频谱管理。其中,认知无线电的首要任务是感知频谱环境,即频谱空穴的检测和选择。
2 频谱环境的感知
感知频谱环境是认知无线电首要的任务,它体现了认知无线电最显着的特征:能够感知并分析特定区域的频段,找出适合通信的频谱空穴。目前,认知无线电可能最先使用的两个频段是超高频电视频段400MHz-800MHz和已分配较少的3GHz-10GHz频段[3]。但不可否认的是,随着认知无线电技术的发展,会有更多的已分配频段供认知用户使用。可见,认知无线电将会面对不同种类的用户,也就要求不同的灵敏度和感知速度,因此频谱环境的检测方法也有所不同。目前研究较多的方法有:匹配滤波器法、能量检测法、循环平稳特定检测法等等。
3 极弱信号的检测问题
在认知无线电网络中,极有可能出现接收机的位置距离原始发送机太远,以至于它们从边缘开始接受信号的情况。此时,频谱环境的感知可归类为极弱信号的检测问题。我们不仅可以通过改进频谱检测法来提高弱信号的检测概率,还可以引入“协同机制”来更好地改善极弱信号的接收问题。
我们建立一个简单的模型来说明协同机制的原理,如图3所示,接收机R距离授权发送机P很远,只能从P用户功率边缘上接受信号,即接收极弱的信号。此时C1进行频谱检测后,极有可能误认为该频带是频谱空穴。为了防止对授权用户P造成干扰,我们引入协同机制。假设存在认知用户C2满足条件:C2处于P发射的功率主瓣范围内,并且C2与P 之间的距离相对于R 与P 更近。这时,由C2 作为C1 的中继点来感知P的发射功率,则能比较准确地分辨出P是否在和R进行通信。C1将数据包发送给C2,由C2 来转发,如果P 与R 正在通信,C2 就返回给C1一个信息,由C1决定是否等待或是寻找另外的频谱空穴。这样,C1 和C2就构建了协同的关系,使C1 更快更准确地感知频谱环境。上述的模型是比较简单的情况,只考虑了两个认知用户。当模型更复杂些,例如多用户的感知网络时,就必须考虑怎样建立协同机制的问题了。一些文献给出了相关讨论,提出在多用户的感知网络中,两两绑定的协同机制是比较实用的,即每两个认知用户为一组,相互协同完成频谱环境的感知[7]。该协同机制在很大程度上提高了感知频谱环境的准确性与效率,并且实现起来也比较容易.
5 感知无线电是一种无线电系统,它能够自动地检测周围的环境情况,智能地调整系统的参数以适应环境的变化,在不对授权用户造成干扰的条件下从空间、频率、时间等多维地利用空闲频谱资源进行通信。它区别于其他传统无线电系统的主要特点是:对环境情况的感知能力、对环境变化的自适应性、系统功能模块的可重构性、自主地工作和运行等。
感知无线电技术是无线电发展的一个新里程碑,其应用会带来历史性的变革。对于频谱管制者而言,该技术可以大大提高可用频谱数量,提高频谱利用率,有效利用资源;对于频谱持有者而言,利用该技术可以在不受干扰的前提下开发二级频谱市场,在相同频段上提供不同的服务;对设备厂商而言,该技术可以带来更多的机会,具备感知无线电功能的设备将更具竞争力;对终端用户而言,可以带来更多带宽,在感知无线电技术成熟后,用户则可以享受到单个无线电终端接入多种无线网络的优势;在军事通信方面,根据感知无线电的特点可以“见缝插针”地利用空闲频谱通信,提高通信的可靠性和对抗能力。因此,感知无线电技术必将是未来无线通信的一个重要发展方向,为无线电资源管理和无线接入市场带来新的发展契机和动力。
6认知无线电技术的发展现状
目前,CR主要出于初级阶段,各项理论和技术处于研究和探索中,但它已得到了各界的关注,很多着名学者和机构投入到它的研究中。启动了很多正对此的研究项目,最引人注目的是IEEE802.22工作组的工作,该工作组制定了利用空闲电视频段进行宽带无线接入的技术标准,这是第一个引入认知无线电概念的IEEE技术标准化活动。无线电知识描述语言也应运而生,惊奇CR的主要目标是提高频谱利用率,研究预计,频谱利用率将提高3% 到10%。它的长远目标是与各项技术更好的结合,满足日益增长的用户对频谱的需求,目前,认知无线电技术炙手可热,应用前景一片大好。
综上可知,认知无线电技术使无线通信设备具有发现频谱空穴并合理利用空穴的能力,可以实现高效灵活的频谱资源配置和工作状态调整。认知无线电首要的任务是感知频谱环境,本文对比分析了三种频谱检测的方法:匹配滤波器法、能量检测法和循环平稳特性检测法,针对其优缺点给出了各自适用的环境。另外,本文还介绍了“协同机制”用于改善极弱信号的接收问题。我们相信,随着科
技发展和CR技术成熟,在不久的未来,认知无线电将有效地服务于人们的生活
C. 计算机网络的由来
因特网是Internet的中文译名,它的前身是美国国防部高级研究计划局(ARPA)用于军事目的的通信网络。
20世纪60年代末,正处于冷战时期。当时美国军方为了自己的计算机网络在受到袭击时,即使部分网络被摧毁,其余部分仍能保持通信联系,便由美国国防部的高级研究计划局(ARPA)建设了一个军用网,叫做“阿帕网”(ARPAnet)。阿帕网于1969年正式启用,当时仅连接了4台计算机,供科学家们进行计算机联网实验用。这就是因特网的前身。到70年代,ARPAnet经过独断发展,又设立了新的研究项目,最终形成“互联网”。研究人员将之简称“Internet”。这个名词就一直沿用到现在。
Internet的发展引起了商家的极大兴趣,从而使Internet开始走向商业化。在最近几年,因特网更以惊人的速度向前发展,很快就达到了今天的规模。
中国互联网络的发展
第一个阶段:与INTERNET电子邮件的连通
第二个阶段:与INTERNET实现全功能的TCP/IP连接
1994年4月
中国科技网
(科技)
1995年5月
中国公用计算机互联网
(商业)
1995年11月
中国教育与科研计算机网
(教育)
1995年11月
中国金桥信息网
(商业)
计算机网络目前正处于迅速发展的阶段,网络技术的不断更新,进一步扩大了计算机网络的应用范围。计算机网络具有以下几个主要方面的应用。
(1)资源共享
利用网络将共用信息在网上发布,实现信息资源利用的最大化。
(2)信息传输
将信息利用互联网传输,实现低成本、快捷、高效,无时空间限制的传输方式。
(3)远程登录
远程登录是指允许一个地点的用户与另一个地点的计算机上运行的应用程序进行交互对话。
(4)传送电子邮件
计算机网络可以作为通信媒介,用户可以在自己的计算机上把电子邮件(E-mail)发送到世界各地,这些邮件中可以包括文字、声音、图形图像等信息。
(5)电子数据交换
电子数据交换(EDI)是计算机网络在商业中的一种重要的应用形式。它以共同认可的数据格式,在贸易伙伴的计算机之间传输数据,代替了传统的贸易单据,从而节省了大量的人力和财力,提高了效率。
(6)联机会议
利用计算机网络,人们可以通过个人计算机参加会议讨论。联机会议除了可以使用文字外,还可以传送声音和图像。
国际互联网的新功能是层出不穷的,但一般来说,各种新功能的开发都是基于以上的几个主要功能衍生、发展而来的。总之,计算机网络的应用范围非常广泛,它已经渗透到国民经济以及人们日常生活的各个方面。
D. 濡备綍瀹炵幇骞垮烟缃戞棤绾挎极娓镐腑镄勬棤缂濆垏鎹㈠拰鏁版嵁浼犺緭绋冲畾镐э纻
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E. 无线通信当前的研究方向
研究方向的重点研究范围是多域协同宽带大容量无线通信、短距离微功率无线通信和无线电频谱资源的相关理论与技术。其主要研究内容包括:基于多域协同逼近香农容量界的宽带无线通信理论与技术,无线电频谱理论与技术;通信频谱资源规划及其开发使用;无线电管理理论与技术;无线通信中的电磁兼容理论与技术;短距离宽带高速无线通信理论与技术;宽带无线接入技术;面向泛在服务的异构多域协同无线通信技术;多天线与MIMO技术;虚拟多天线理论与技术;分布式协同无线通信网络理论与技术,无线MESH技术;无线通信网络优化技术;电波传播与电磁干扰;微波通信与卫星移动通信技术;软件无线电技术;认知无线电技术;无线通信系统的电磁防护技术等。