Altera專家：認知無線電，認知一切

　　Neel說，在最復雜的設計中，CR不僅僅知道其頻譜環(huán)境，而且還知道自己系統(tǒng)所處的環(huán)境。例如，在醫(yī)院手術室中的CR 能夠“理解”所進行的手術過程，病人的狀態(tài)，手術團隊中每一個人的需求，以及附近其他無線設備的行為等。這一無線電設備會將所有這些信息合并成一個策略，使用可用頻譜來保證緊急數據流的延時，同時滿足其他儀表的低優(yōu)先級要求。

　　這類無線電設備可能會使用啟發(fā)式功能來驅動環(huán)境分析，做出決定。Neel建議，或者，隨著環(huán)境越來越復雜，可預測性越來越差，策略模塊會采用隱藏馬爾科夫模型、神經網絡，或者相關技術對環(huán)境建模，并進行分析。

　　這類計算涉及到大量的數據，需要很強的計算功能。Neel說，因此，明顯的發(fā)展趨勢是把CR的思考部分放到云端。那么，一個關鍵問題是無線電設備要處理的現象的持續(xù)時間。有時間來查詢中心計算資源，或者無線電設備必須自己做出基本判斷嗎?

　　隨著CR的普及，也帶來了其他問題。不可避免的是，大量的CR導致頻譜擁擠，它們都要互相搶占頻段，為自己的主機提供帶寬最大的頻段。正如Neel所指出的，在這些情況下，無線電設備需要采用游戲理論，以便實現共享頻段的最佳分配。這類競爭網絡的穩(wěn)定性和優(yōu)化問題帶來了 IEEE 802.19無線共存技術咨詢小組議程中一個很難解決的問題。

　　Weightless實例

　　兩個實例會有助于幫助對這些概念進行澄清。首先，Weightless標準實際上并不是CR，而是認知網絡，其中非常簡單的無線電只是一個組成單元。第二個是一個理論實例，適合公共安全應用更復雜的真CR。

　　Weightless體系結構與IEEE 802.22相似，在所謂的空白電視信號頻段內采用區(qū)域網，這是電視廣播帶寬范圍內未被占用的本地通道。802.22旨在為人們提供寬帶接入，與此不同的是，Weightless專門設計用于為不同的機器、傳感器和制動器提供窄帶物聯網連接，其節(jié)點的成本和功耗都非常低。

　　據Weightless的Webb，各種不同的目的導致了體系結構的顯著不同。Webb說：“對于空白電視信號頻段內未獲得許可的設備，第一個限制要求是不能干擾任何人的電視接收。這很難做到，因為您完全知道所有電視發(fā)射器位于哪里，但是卻不知道接收器在哪里。

　　Webb繼續(xù)解釋：“我們最初的想法是為終端設計成本非常低的CR，與802.22的目的非常相似。但是，我們發(fā)現在實際中，您可能恰好靠近正在觀看電視的人，遠距離電視臺發(fā)射的信號傳送到他這里時已經非常弱了。”

　　具有足夠動態(tài)范圍的CR要識別這些弱信號，需要花費很高的成本，提供很大的功率。因此，Weightless選擇了完全不同的方法來進行感知：中心控制的三層網絡，如圖3 所示。在這里，終端向基站報告其物理位置，基站查詢云中的應用程序，云端使用了許可廣播發(fā)射器以及其他基站的位置表，以獲得可用頻率的列表。Webb評論說：“這對于設計而言是很有趣的算法?！?/P>

圖3.Weightless網絡將認知功能分散到三層中。

　　這張查找表保證了終端不會影響所有人晚上看電視，也不會與其他基站競爭同一通道。但是，它并不保證終端與獲得許可設備之間不出現干擾，例如，無線麥克風，或者在同一區(qū)域中漫游的其他未獲得許可的低功率設備。為解決這一問題，基站為終端分配了8個頻率。終端以兩秒間隔進行跳頻，以減小來自這類源的干擾。

　　由于終端使用了直接擴頻傳輸技術，因此，系統(tǒng)有更大的自由度。實際上，基站監(jiān)視每一終端的BER，命令終端調整擴頻因子，以便在帶寬和范圍上達到平衡。

　　Weightless采用了認知系統(tǒng)的三種定義行為：感知、分類和自適應。但是，這一標準并沒有將所有這些功能構建到終端無線電設備中，而是把它們分散開。大部分認知放在準靜態(tài)表中，而不是在算法中。在基站中對自適應功能、大部分感知功能和分類功能進行平衡。在網絡中對功能進行分配，大幅度降低了終端的成本，單芯片電池供電設備能夠采用很低的占空比進行工作。