IEEE對于認知無線電技術(shù)的標準化推進工作比較積極,目前正在制訂的與認知無線電相關(guān)的標準主要包括:IEEE 802.22、IEEE 802.16h、IEEE P1900、 IEEE 802.11h以及IEEE 802.11y等。
1、IEEE 802.22標準
2004年10月,IEEE正式成立了IEEE 802.22工作組,這是第一個世界范圍的基于認知無線電技術(shù)的空中接口標準化組織。IEEE 802.22也被稱為無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WRAN),系統(tǒng)工作于54 MHz ~ 862 MHz的VHF/UHF頻段上未使用的TV信道,工作模式為點到多點。該工作組目的是利用認知無線電技術(shù)將分配給電視廣播的VHF/UHF頻帶用作寬帶接入。
為了與TV頻道的授權(quán)用戶共存,802.22系統(tǒng)的物理層(PHY層)和媒體接入控制層(MAC層)協(xié)議應(yīng)該允許基站根據(jù)感知結(jié)果,動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的功率或者工作頻率,還應(yīng)包括降噪機制,從而避免對TV頻道的授權(quán)用戶造成干擾。現(xiàn)有的IEEE 802.22標準提案對空中接口進行了規(guī)范,包括PHY層與MAC層的規(guī)范,MAC層和PHY層協(xié)議棧對于所有被支持的服務(wù)都是相同的。
根據(jù)IEEE 802.22標準提案,PHY層可細分為一個會聚子層和一個物理媒體(PMD)子層,PMD是PHY層的主要部分,而會聚子層能自適應(yīng)映射MAC層的特定需要到通用的PMD服務(wù),IEEE 802.22協(xié)議在PHY層上增加了頻譜感知功能,通過本地頻譜感知技術(shù)以及分布式檢測等方法,來可靠地感知某時刻、某地區(qū)的電視頻段中各子信道是否被授權(quán)的電視信號(ATSC、DVB-T、DMB-T等制式)占用,以使得認知用戶能夠在對授權(quán)用戶系統(tǒng)不造成干擾的情況下接入空閑的電視頻段,充分利用有限的頻譜資源;而MAC層的協(xié)議設(shè)計不同于以往,除提供媒介接入控制等傳統(tǒng)業(yè)務(wù)能力,還以共存為主要目的,為與授權(quán)用戶共存和保護授權(quán)用戶提供了豐富的手段,并且引入了一個新穎的共存信標協(xié)議(CBP)來使得那些具有重疊覆蓋區(qū)域的802.22基站可以協(xié)作和有效地分享寶貴的頻譜資源。另外,還提供了信道管理和測量功能,這使得MAC層在頻譜管理上更加靈活和有效。
2、IEEE 802.16h標準
1999年,IEEE成立了802.16工作組專門開發(fā)寬帶固定無線技術(shù)標準(WiMAX),目標就是要建立一個全球統(tǒng)一的寬帶無線接入標準。但是,隨著802.16系列規(guī)范的不斷制訂和完善,頻譜資源問題成為制約技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題,為此,2004年12月,專門成立了致力于解決共存問題的802.16h工作組,利用認知無線電技術(shù)使802.16系列標準可以在免授權(quán)頻段獲得應(yīng)用,并降低對其他基于IEEE 802.16免授權(quán)頻段服務(wù)用戶的干擾。同月,IEEE 802.16h工作組公開征集提案,主要針對802.16h規(guī)范涉及的具體方面、新系統(tǒng)對授權(quán)用戶產(chǎn)生的沖突影響、802.16不同PHY層模式下的共存機制、802.16-2004標準中現(xiàn)有的免授權(quán)頻段服務(wù)支持以及802.16h標準制定的主要目標等。2005年1月,確定了IEEE 802.16h標準的具體涉及內(nèi)容,其主要思路是在IEEE 802.16制定的QoS要求下,讓多個系統(tǒng)共用資源。2006年8月公布了其最新版本。
IEEE 802.16h標準由License-Exempt Task Group 所制定,致力于改進諸如策略和媒介接入控制等機制,以確?;?/span>IEEE 802.16的免授權(quán)系統(tǒng)之間的共存,以及與授權(quán)用戶系統(tǒng)之間的共存。
3、IEEE 1900標準
IEEE 802 .22 和 802.16h都只是認知無線電的簡單應(yīng)用,為了進一步研究認知無線電,IEEE于2005年成立了IEEE 1900標準組,進行與下一代無線通信技術(shù)和高級頻譜管理技術(shù)相關(guān)的電磁兼容研究。該工作組對于認知無線電技術(shù)的發(fā)展及與其他無線通信系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與共存有著極其重要的意義。
IEEE 1900目前包括IEEE 1900.1~7。其中IEEE 1900.1、IEEE 1900.2、IEEE 1900.3和IEEE 1900.4這4個工作組成立最早,其制定基礎(chǔ)標準,這四個工作組的主要任務(wù)詳細見下表3。
表3:IEEE 1900.1~4工作組的主要任務(wù)
4、IEEE 802.11h標準
從表面上看,IEEE 802.11h似乎不是有關(guān)認知無線電的標準。但是,802.11h協(xié)議中的一個關(guān)鍵內(nèi)容:動態(tài)頻譜選擇實際上已經(jīng)屬于認知無線電的范疇。IEEE 802.11h為“無線局域網(wǎng)媒體接入控制和物理層規(guī)范,歐洲5 GHz頻段頻譜和發(fā)射功率管理擴展”協(xié)議,其修改了IEEE 802.11a PHY層標準,增強了5 GHz頻段的網(wǎng)絡(luò)管理、頻譜控制和傳輸功率管理功能,提高了信道能量測量和報告、多個管理域的信道覆蓋、動態(tài)信道選擇和傳輸功率控制機制,及其在協(xié)議中的一些定義和術(shù)語。
IEEE 802.11h標準的出現(xiàn)解決了無線局域網(wǎng)與雷達設(shè)備的共存問題。對于CR技術(shù),該標準的主要貢獻在于引入兩個重要的概念:動態(tài)頻率選擇(DFS)和發(fā)射功率控制(TPC)。ERC/DEC/(99)23要求工作在5 GHz的WLAN設(shè)備需要引入DFS技術(shù)來避免和雷達系統(tǒng)使用相同的信道,同時能夠均衡的使用所有可用信道。關(guān)于動態(tài)頻率選擇(DFS)和發(fā)射功率控制(TPC)的含義詳見下表4中。
表4:動態(tài)頻率選擇(DFS)和發(fā)射功率控制(TPC)的含義
另一項CR技術(shù)的應(yīng)用是Atheros公司推出的基于Super G技術(shù)的無線局域網(wǎng)技術(shù)。該技術(shù)中加入了自動檢測周圍其他無線局域網(wǎng)運行的功能,可以根據(jù)檢測到的鄰近無線局域網(wǎng)用戶情況自適應(yīng)地調(diào)整信道占用方式,最大限度提高系統(tǒng)傳輸速率。
然而上述標準中所引入的信道檢測和選擇的技術(shù)還僅僅是CR功能的開始。在不增加可用頻段的前提下,少量的有限的可用信道依然難以從根本上滿足無線局域網(wǎng)廣泛應(yīng)用的需求。這正是CR技術(shù)真正要解決的問題,也催發(fā)了新的無線局域網(wǎng)標準的產(chǎn)生。
5、IEEE 802.11y
IEEE 802.11y是802.11協(xié)議族中基于競爭的協(xié)議,主要制定標準化的干擾避免機制,同時方便今后新頻段的應(yīng)用,其應(yīng)用頻段主要是2005年7月FCC向公眾應(yīng)用開放的原來用于衛(wèi)星服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的3.65 GHz~3.7 GHz頻段,為該頻段的寬帶無線業(yè)務(wù)分配提供補充和改善。
IEEE 802.11y標準的目標是對在與其他用戶共享的美國3.65 GHz~3.7 GHz頻段中進行IEEE 802.11無線局域網(wǎng)通信的機制進行標準化。IEEE 802.11y中定義了傳輸初始化的過程,確定信道狀況(是否可用)的方法,檢測到信道忙時重傳的機制等諸多內(nèi)容。標準中主要包含如下表5所示的四個機制。
表5:IEEE 802.11y標準中包含的四個機制
由于IEEE 802.11系列標準沒有考慮在3.65 GHz~3.7GHz這樣的非獨占頻段中實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),因此IEEE 802.11y標準需要在IEEE 802.11h的“動態(tài)頻率選擇”和“傳輸功率控制”技術(shù)的基礎(chǔ)上進行改進實現(xiàn)。
此外,IEEE 802.11y新的標準的設(shè)計還考慮了和其他系統(tǒng)的共存的機制,如同樣可以工作在3.65 GHz~3.7GHz頻段的IEEE 802.16h系統(tǒng)。這些機制有利于動態(tài)頻譜交換的實現(xiàn)和其他CR應(yīng)用的共存問題的解決。2006年11月的會議上,將原802.11y草案0.02重新命名為P802.11y草案1.0。
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