什么是超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型

由于超寬帶（UWB）的特性，它必然會(huì)對(duì)共享頻段內(nèi)的其他窄帶系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，并且自身也將受到

其他系統(tǒng)在某頻段的強(qiáng)干擾。因此，UWB系統(tǒng)必將面對(duì)兩個(gè)比較突出的問題，在共享頻譜的時(shí)候不得對(duì)已有的窄帶系統(tǒng)造成有害干擾，同時(shí)UWB系統(tǒng)也可能受到來(lái)自其他系統(tǒng)的強(qiáng)窄帶干擾。目前，所有針對(duì)這個(gè)問題的解決方案都是針對(duì)UWB系統(tǒng)本身進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究思路大都是集中在UWB脈沖信號(hào)波形的設(shè)計(jì)與優(yōu)化上，以期產(chǎn)生出嚴(yán)格遵守FCC等機(jī)構(gòu)制定的輻射掩模約束條件的脈沖信號(hào)，并采用一些有效的抑噪技術(shù)來(lái)減少對(duì)現(xiàn)有窄帶系統(tǒng)的干擾。但是，許多研究已經(jīng)表明這種思路要想設(shè)計(jì)出既符合各相關(guān)機(jī)構(gòu)制定的頻譜掩模約束，又可避免相互干擾的脈沖波形是非常有挑戰(zhàn)性的。這主要是由于該設(shè)計(jì)方法沒有和外界環(huán)境交互，缺少對(duì)周圍射頻環(huán)境的了解，使得UWB系統(tǒng)的頻譜共享缺乏靈活性，系統(tǒng)間共存缺少針對(duì)性，限制了UWB系統(tǒng)性能和頻譜利用率的進(jìn)一步提高。而認(rèn)知無(wú)線電（CR）技術(shù)的核心則是通過動(dòng)態(tài)頻譜感知來(lái)探測(cè)“頻譜空洞”，尋找合理的機(jī)會(huì)占用此臨時(shí)可用的頻段，并自適應(yīng)地隨著感知結(jié)果而動(dòng)態(tài)地改變系統(tǒng)傳輸參數(shù)以規(guī)避高優(yōu)先級(jí)的授權(quán)主用戶。基于這個(gè)考慮，并結(jié)合感知無(wú)線電具有能感知周圍環(huán)境特別是頻譜操作環(huán)境的特性，把CR技術(shù)引入到UWB系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)中來(lái)[2,3]，給UWB面臨的上述問題提供一種全新的解決思路，并有可能由此設(shè)計(jì)出一種全新的高性能UWB系統(tǒng)。采用頻譜感知技術(shù)能提高頻譜利用的靈活性，改善頻譜共享，有效抑制窄帶干擾，與其他系統(tǒng)更好地共存，同時(shí)，還可潛在地提高頻譜的利用率，提高數(shù)據(jù)傳輸速率和UWB系統(tǒng)的整個(gè)性能。針對(duì)當(dāng)前UWB技術(shù)發(fā)展過程中所必須面對(duì)的共存問題及進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，結(jié)合UWB和CR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，文章探討了一種被稱為認(rèn)知超寬帶（CUWB：CognitiveUltraWideband）無(wú)線通信系統(tǒng)的全新的UWB系統(tǒng)機(jī)制，其有望打破目前UWB技術(shù)發(fā)展中的僵局，而成為UWB全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的最佳技術(shù)候選。目前，CUWB系統(tǒng)的研究也正成為UWB技術(shù)后續(xù)發(fā)展研究的一個(gè)主要方向。

??? 一、CUWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

??? 1.CUWB系統(tǒng)的工作原理

CUWB無(wú)線通信系統(tǒng)是結(jié)合認(rèn)知無(wú)線電和超寬帶技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)聯(lián)合研究與設(shè)計(jì)的一種智能無(wú)線系統(tǒng)，是一種基于頻譜感知的具有自適應(yīng)輻射掩模（功率譜密度）、自適應(yīng)頻譜接入能力和靈活波形的新型超寬帶系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本原理主要是利用CR能夠感知周同的頻譜環(huán)境和UWB系統(tǒng)易于數(shù)字化、軟件化的特性，依據(jù)感知得到的頻譜信息和動(dòng)態(tài)頻譜分配策略自適應(yīng)地構(gòu)建UWB系統(tǒng)的頻譜掩模，并生成相應(yīng)的頻譜靈活的自適應(yīng)脈沖波形，根據(jù)信道的狀態(tài)信息進(jìn)行自適應(yīng)的發(fā)射與接收。由于具有環(huán)境感知功能，包括頻譜感知和位置感知，CUWB系統(tǒng)的特性及相關(guān)操作流程與現(xiàn)行超寬帶系統(tǒng)相比發(fā)生了顯著的變化，同時(shí)，由于UWB與CR共享頻譜的方式存在本質(zhì)上的差異，這使得CUWB的認(rèn)知循環(huán)過程與一般的CR系統(tǒng)也不盡相同。因此，必須首先對(duì)CUWB系統(tǒng)的特性及通信流程進(jìn)行描述，定義系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的認(rèn)知及自適應(yīng)過程。
在當(dāng)前CR技術(shù)的研究中，由于認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)尚處于起步階段，對(duì)于該技術(shù)的主要功能及認(rèn)知循環(huán)過程還處于討論之中。隨著對(duì)CR技術(shù)的不同認(rèn)識(shí)，不同的研究學(xué)者及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)在研究與設(shè)計(jì)認(rèn)知無(wú)線電的總體框架中所涉及的具體內(nèi)容有所不同，所基于的認(rèn)知循環(huán)模型也不同。其中，最典型的是Mitola博士[4]提出的基于機(jī)器學(xué)習(xí)和模式推理的認(rèn)知循環(huán)模型，包括了一系列的認(rèn)知學(xué)習(xí)步驟。它主要是采用無(wú)線電知識(shí)描述語(yǔ)言（RKRL：RadioKnowledgeRepresentationLanguage），通過基于模式的推理來(lái)與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能交流，主要涉及到高層次協(xié)議的研究與設(shè)計(jì)。然而，Mitolo并沒有提出相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)具有認(rèn)知功能的物理層和MAC層體系結(jié)構(gòu)的底層支撐技術(shù)，且其提出的認(rèn)知循環(huán)過程比較復(fù)雜，他認(rèn)為認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)應(yīng)該具備檢測(cè)、分析、調(diào)整、推理、學(xué)習(xí)等能力。但是考慮到系統(tǒng)認(rèn)知功能的智能化水平與實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度方面的折衷，文章結(jié)合UWB系統(tǒng)特性對(duì)CUWB系統(tǒng)的認(rèn)知過程進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，使其具備檢測(cè)、分析和調(diào)整三個(gè)最基本的認(rèn)知能力，同時(shí)，充分利用UWB所具有的精確測(cè)距與位置定位能力輔助估計(jì)信道狀態(tài)，甚至可以輔助計(jì)算干擾溫度的空間分布，以使CUWB系統(tǒng)上層能夠建立在現(xiàn)實(shí)的物理層模型之上，如圖1所示。

圖1 CUWB系統(tǒng)的認(rèn)知循環(huán)處理模型

??? 在該模型中，CUWB系統(tǒng)認(rèn)知循環(huán)處理過程是從接收機(jī)檢測(cè)射頻激勵(lì)信號(hào)開始的，通過在一個(gè)寬的頻帶上感知頻譜環(huán)境估算干擾溫度及探測(cè)頻譜空洞，根據(jù)RF環(huán)境感知的結(jié)果信息動(dòng)態(tài)構(gòu)建CUWB系統(tǒng)的輻射掩模，以約束UWB信號(hào)的發(fā)射，確保UWB與該頻帶上其他系統(tǒng)無(wú)干擾地共存。發(fā)射機(jī)需要根據(jù)接收機(jī)反饋的頻譜及信道狀態(tài)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻譜管理及發(fā)射功率控制以形成CUWB系統(tǒng)的自適應(yīng)功率譜，并產(chǎn)生與之相匹配的頻譜靈活的自適應(yīng)脈沖信號(hào)，進(jìn)行自適應(yīng)的傳輸。CUWB系統(tǒng)能適應(yīng)環(huán)境及業(yè)務(wù)的變化，可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整傳輸參數(shù)以更好地重用UWB頻譜空間的可用頻率，能根據(jù)信道的狀態(tài)針對(duì)功率、距離和所要求的數(shù)據(jù)率進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻譜優(yōu)化分配。

??? 2.CUWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

??? CR和UWB的結(jié)合給無(wú)線通信領(lǐng)域帶來(lái)了一種嶄新的觀念，提供了一種全新的頻譜管制和使用的方式。這些新的概念也使得傳統(tǒng)上的一些無(wú)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)很難派上用場(chǎng)。由于CUWB系統(tǒng)設(shè)計(jì)在多層上都面臨著物理層新特性帶來(lái)的挑戰(zhàn)，如獨(dú)特的頻譜感知功能、位置定位功能和自適應(yīng)脈沖傳輸?shù)龋虼嗽谘芯恐校恼虏捎昧朔謱庸δ艹橄蠛涂鐚勇?lián)合設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法對(duì)CUWB系統(tǒng)的整個(gè)結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)，如圖2所示。

???

圖2 CUWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

??? 首先，依照通用的分層設(shè)計(jì)方法構(gòu)建CUWB系統(tǒng)的分層框架，主要是研究CUWB系統(tǒng)物理層（PHY）和MAC層問題。CUWB系統(tǒng)的這種分層框架主要是基于現(xiàn)存的UWB無(wú)線通信系統(tǒng)分層模型，在物理層加入獨(dú)特的認(rèn)知功能和MAC層的自適應(yīng)能力。邏輯上，為了更好地分析并突出認(rèn)知功能，我們把感知模塊從物理層中單獨(dú)地列出。感知模塊負(fù)責(zé)估算子頻段的干擾溫度、探測(cè)頻譜空洞、識(shí)別活動(dòng)的其他用戶信號(hào)，物理層主要負(fù)責(zé)定位及測(cè)距、信道狀態(tài)估計(jì)、自適應(yīng)調(diào)制/編碼和頻譜靈活的脈沖信號(hào)波形生成。在自適應(yīng)脈沖信號(hào)波形的生成上，CUWB系統(tǒng)可通過修改相應(yīng)的脈沖生成子模塊的算法來(lái)無(wú)縫地產(chǎn)生不同頻譜形狀的發(fā)射信號(hào)波形，從而對(duì)頻譜環(huán)境的變化做出動(dòng)態(tài)的反應(yīng)。MAC層則主要包括優(yōu)化傳輸參數(shù)、自適應(yīng)速率反饋、協(xié)作感知及分配資源。

??? 其次，在跨層聯(lián)合設(shè)計(jì)中，如何將分散在各個(gè)子層的特性參數(shù)協(xié)調(diào)融合，以提升系統(tǒng)的整體性能，這就對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。在研究與設(shè)計(jì)中，可先對(duì)CUWB系統(tǒng)底層從概念上定義一定范圍的參量，即在物理層和MAC層中明確地定義頻譜信息、數(shù)據(jù)速率、信道狀態(tài)信息、鏈路范圍、位置信息、電源消耗等參量；同時(shí)，把上層能利用的物理層感知到的信息及MAC子層信息進(jìn)行匯聚，使得底層信息可以方便地提供給上層網(wǎng)絡(luò)使用。如，在研究設(shè)計(jì)CUWB網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議和算法時(shí)，可根據(jù)底層信息匯聚模塊傳遞上來(lái)的周圍頻譜環(huán)境信息及位置信息，自適應(yīng)地選擇路由以避開干擾區(qū)域。這種底層信息匯聚方法可極大地提高跨層信息傳遞的效率，并簡(jiǎn)化跨層設(shè)計(jì)模型，減少了層與層之間的消息或信令傳遞。在重配置能力方面，CUWB系統(tǒng)可通過修改相關(guān)功能子模塊的算法參數(shù)無(wú)縫地產(chǎn)生不同的發(fā)射信號(hào)波形，如動(dòng)態(tài)頻譜分配和自適應(yīng)脈沖生成等子模塊，從而對(duì)頻譜環(huán)境的變化做出動(dòng)態(tài)的反應(yīng)。它利用了軟件無(wú)線電自適應(yīng)和重編程的特點(diǎn)及脈沖發(fā)生器的可編程性，加上與周圍環(huán)境的交互，通過感知的方式采取合適的行動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)軟件CUWB無(wú)線電功能，建立了環(huán)境感知和UWB技術(shù)基礎(chǔ)上可重新配置的無(wú)線平臺(tái)。

??? 二、主要功能模塊探討

??? 1.CUWB頻譜感知

??? 眾所周知，在認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)中，對(duì)頻譜進(jìn)行檢測(cè)就是對(duì)所觀察的頻段進(jìn)行干擾溫度的估計(jì)，其目的就是為了探測(cè)頻譜空洞。經(jīng)過估計(jì)得到的干擾溫度與預(yù)先設(shè)定的干擾溫度進(jìn)行比較，就可以對(duì)觀測(cè)的待查頻帶進(jìn)行選擇，超過界限的都是不符合通信要求的頻譜。一般將待查的頻段分為3種不同的情況：黑空，存在高功率的干擾；灰空，存在低功率的干擾；白空，僅存在環(huán)境噪聲量。目前，對(duì)頻譜進(jìn)行檢測(cè)以可靠地探測(cè)主用戶的出現(xiàn)和判斷頻譜空洞的信號(hào)處理方法主要是匹配濾波、能量探測(cè)和信號(hào)屬性探測(cè)，判決的方式包括單節(jié)點(diǎn)本地頻譜感知和多節(jié)點(diǎn)協(xié)作式頻譜感知。然而，由于UWB和CR技術(shù)接入頻譜的方式不同（UWB是重疊共享，而CR是機(jī)會(huì)接入），由此造成在探測(cè)頻譜空洞的目的、方法和方式上存在較大的不同。

??? 由于干擾溫度要能有效地起作用需建立在自適應(yīng)或?qū)崟r(shí)的基礎(chǔ)上，因此，需要一個(gè)系統(tǒng)來(lái)測(cè)量頻帶內(nèi)的干擾溫度，并把測(cè)量的結(jié)果信息告訴受限的設(shè)備，以便此設(shè)備采取恰當(dāng)?shù)奶幚韥?lái)使頻帶內(nèi)的干擾溫度維持在干擾溫度限之內(nèi)。如，某區(qū)域的授權(quán)用戶接收機(jī)定期進(jìn)行干擾溫度的測(cè)量，并把測(cè)量結(jié)果信息傳送給某一控制中心，經(jīng)過處理后，在該控制中心處就能形成該區(qū)域的干擾溫度分布圖。該區(qū)域內(nèi)的各受限設(shè)備受該中心廣播的消息控制。但是這種辦法需要對(duì)主設(shè)備進(jìn)行改造或者另外構(gòu)建一套基于干擾溫度測(cè)量的頻譜管理基礎(chǔ)設(shè)施，這正是IEEE802.22WRAN無(wú)線區(qū)域網(wǎng)采取的辦法，故從目前來(lái)看在UWB系統(tǒng)中采用這種感知機(jī)制是不可行的。在UWB系統(tǒng)中應(yīng)采用一種相對(duì)簡(jiǎn)單的不涉及到改造其他類設(shè)備的辦法，即在單個(gè)受限設(shè)備上實(shí)現(xiàn)干擾溫度的測(cè)量和自適應(yīng)傳輸?shù)恼麄€(gè)過程。具體來(lái)說就是，受限設(shè)備先測(cè)量本地的干擾溫度，然后再附加上自身對(duì)RF環(huán)境的干擾部分，若這個(gè)計(jì)算結(jié)果值小于本地設(shè)定的干擾溫度限則可以發(fā)射，否則就必須采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)使本地該頻段的干擾溫度降低至干擾溫度限之下。在這種情況下，可視不同應(yīng)用場(chǎng)景采取不同的處理。一種方法是避開該段頻率，重新選擇不同的頻率進(jìn)行傳輸；還有就是繼續(xù)使用該段頻率，但相應(yīng)地調(diào)整發(fā)射功率，以使其傳輸不再引起不可接受的干擾溫度。因此，在設(shè)計(jì)CUWB系統(tǒng)時(shí)，我們可以基于此種方法進(jìn)行干擾溫度的測(cè)量動(dòng)態(tài)地生成CUWB系統(tǒng)的自適應(yīng)輻射掩模[5]。在CUWB系統(tǒng)中，頻譜檢測(cè)的任務(wù)就是在UWB的法定頻段（3.1、10.6GHz）上進(jìn)行各子帶的干擾溫度估計(jì)，并據(jù)此來(lái)標(biāo)識(shí)各子帶。不同類別的頻帶上允許發(fā)射的最大功率級(jí)別不一樣，這樣就可以動(dòng)態(tài)地構(gòu)建UWB系統(tǒng)自適應(yīng)的輻射掩模。同時(shí)，對(duì)工作頻段需要進(jìn)行不斷的檢測(cè)，以對(duì)頻譜環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)地感知頻譜環(huán)境的變化。這種具有自適應(yīng)輻射掩模的CUWB系統(tǒng)將有很大的靈活性，與當(dāng)前UWB系統(tǒng)預(yù)先嚴(yán)格地限定其輻射掩模的機(jī)制相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。

??? 2.CUWB系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻譜分配

??? 正是由于現(xiàn)存的絕大多數(shù)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)在不同的時(shí)間和區(qū)域上業(yè)務(wù)量需求不同，使得系統(tǒng)的整個(gè)頻譜利用率隨著時(shí)間和地理位置的改變而變化。因此，指定給某一業(yè)務(wù)的無(wú)線電頻譜在某個(gè)時(shí)段或地理區(qū)域上肯定存在未被充分使用的情況，這個(gè)現(xiàn)象已經(jīng)被相關(guān)的研究證明是存在的。這也正是CR技術(shù)得以發(fā)展的前提。同時(shí)，由于UWB占用極寬的帶寬，這就要求在時(shí)間上能自適應(yīng)于本地頻譜環(huán)境的變化，以抑制各種干擾達(dá)到更好地與其他系統(tǒng)共存。因此，在對(duì)周圍RF環(huán)境感知而動(dòng)態(tài)構(gòu)建了UWB輻射掩模之后，動(dòng)態(tài)頻譜分配在CUWB系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)中顯得非常重要。

??? 一個(gè)CR能夠感知某個(gè)特定的頻段是否正被使用，如果沒有被用，它就能依據(jù)一定的規(guī)則占用此頻段，且不會(huì)給相關(guān)的授權(quán)用戶造成有害干擾；若該頻段的授權(quán)用戶之后又重新啟動(dòng)了傳輸，則該CR用戶可以避開該頻段。由此，我們可以看出CR技術(shù)要能起作用，關(guān)鍵的一步在于它在感知頻譜環(huán)境后，采用合理的頻譜分配策略來(lái)無(wú)干擾地占用某一時(shí)間或空間上可用的頻譜空洞。目前，在CR研究中，動(dòng)態(tài)頻譜分配采用的方法基本上是基于頻譜池（SpectrumPool）的思想發(fā)展而來(lái)的。頻譜池被定義為能夠由CR用戶所使用的虛擬非授權(quán)頻率范圍，它可以覆蓋一個(gè)從幾十兆赫茲到幾GHz的頻率范圍。采用不同的頻譜分配策略可以構(gòu)建不同的頻譜池，每個(gè)頻譜池將被分為若干個(gè)子信道，而子信道帶寬的選擇也要依據(jù)一定的準(zhǔn)則。如，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的CORVUS研究項(xiàng)目中，對(duì)CR多用戶系統(tǒng)采用的頻譜分配策略就是對(duì)不同的CR用戶組分配不同的頻譜池[7]。借鑒當(dāng)前CR技術(shù)研究中的一些思路，在本研究中，CUWB系統(tǒng)根據(jù)干擾溫度的測(cè)量和頻譜空洞的探測(cè)結(jié)果信息，也要進(jìn)一步采取恰當(dāng)?shù)奶幚恚椿陬l譜感知信息，在自我頻譜分配策略的指引下生成自適應(yīng)的功率譜密度。這里需要解決的主要問題是制定相應(yīng)頻譜空洞的占用原則和頻譜共享策略，包括對(duì)占用時(shí)間的限制、功率級(jí)別、保護(hù)頻段的設(shè)定和多個(gè)CUWB用戶之間如何協(xié)調(diào)共用可得的資源等。不難理解，這將受到頻帶的干擾溫度和可用頻譜空洞數(shù)兩個(gè)因素的影響。在設(shè)計(jì)中。可以依據(jù)一定的規(guī)則把UWB的工作頻段劃分為若干個(gè)子帶，不同的子帶組對(duì)應(yīng)不同的頻譜池。在每個(gè)頻譜池中，根據(jù)頻譜探測(cè)的結(jié)果對(duì)各子帶進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)識(shí)，以供按需占用。如，可先根據(jù)CUWB頻譜感知時(shí)劃定的子帶來(lái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)頻譜池的構(gòu)建，對(duì)各子帶上的干擾溫度進(jìn)行分類標(biāo)記歸入相應(yīng)的頻譜池，然后根據(jù)帶寬需求、傳輸距離和其他的流量特性來(lái)選取可用的頻譜以支持不同的應(yīng)用。子帶的占用數(shù)目將依賴于子帶中子信道的質(zhì)量和單個(gè)子帶的帶寬及所建立連接的QoS需求。同時(shí)，由于頻譜空洞只能保持一段不確定的時(shí)間，因此，頻譜管理還必須要對(duì)其進(jìn)行不斷的監(jiān)測(cè)，并在其他系統(tǒng)用戶重新出現(xiàn)時(shí)，有一套完備的退讓和替代策略。這時(shí)，CUWB用戶可以啟用預(yù)留的冗余子帶避開該頻帶，或者在遵守干擾溫度限約束的條件下通過改變自身的發(fā)射功率級(jí)別避免產(chǎn)生有害干擾而繼續(xù)使用該頻段。

??? 3.自適應(yīng)脈沖波形設(shè)計(jì)

??? 在傳統(tǒng)的UWB系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于UWB信號(hào)的功率譜密度必須嚴(yán)格限定在輻射掩模之內(nèi)，而信號(hào)功率譜的形狀和覆蓋范圍又取決于信號(hào)波形的形狀。因此，UWB信號(hào)的設(shè)計(jì)和產(chǎn)生顯得尤為重要。目前，UWB自適應(yīng)信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩大類：基于軟頻譜脈自適應(yīng)（SSA）[3,8]的脈沖無(wú)線電自適應(yīng)信號(hào)產(chǎn)生和基于正交頻分復(fù)用（OFDM）[9]的自適應(yīng)信號(hào)產(chǎn)生。前者主要是根據(jù)頻率掩模的約束條件在時(shí)域中來(lái)反求脈沖的波形，涉及到既帶限又時(shí)限的脈沖信號(hào)設(shè)計(jì)，這種方法產(chǎn)生的頻譜靈活的超寬帶波形具有一定的自適應(yīng)性，但在物理實(shí)現(xiàn)上由于需要超高速的A/D轉(zhuǎn)換器而難度較大；后者研究信號(hào)兩兩正交的方案，能夠給出更多的設(shè)計(jì)自由度和頻譜成形性能，但是除了在實(shí)現(xiàn)上較復(fù)雜外，還易形成較高的峰值功率而產(chǎn)生干擾，并丟失了UWB-IR的一些本質(zhì)特性。因此，在CUWB系統(tǒng)自適應(yīng)脈沖波形設(shè)計(jì)研究中，文章借用基于SSA和OFDM方法中的一些思想，并與頻譜環(huán)境和其他的一些可得到的信息最佳地結(jié)合在一起設(shè)計(jì)頻譜靈活的脈沖信號(hào)波形以滿足CUWB系統(tǒng)自適應(yīng)頻譜環(huán)境的需求。具體來(lái)說就是，我們采用頻域與時(shí)域相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，即先借用OFDM的思想，把CUWB頻段也分成若干個(gè)子段，根據(jù)頻譜感知的結(jié)果可以動(dòng)態(tài)地生成各子帶上的輻射掩模，然后從頻域出發(fā)根據(jù)相應(yīng)頻率掩模的約束條件，在時(shí)域中反求出相應(yīng)脈沖基的波形，并可根據(jù)目標(biāo)頻譜的特定要求，在時(shí)域再進(jìn)行基波形的疊加，以滿足更復(fù)雜的特定頻譜掩模的要求。目前，主要是利用扁長(zhǎng)橢球波函數(shù)（PSWF）的良好特性，產(chǎn)生相應(yīng)子帶上的PSWF基脈沖，并根據(jù)需要進(jìn)行線性疊加來(lái)設(shè)計(jì)這種頻譜靈活的CUWB自適應(yīng)脈沖波形。該方法產(chǎn)生的CUWB脈沖波形具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性，且可用軟件的方式修改相應(yīng)的算法參數(shù)，以便動(dòng)態(tài)地改變脈沖波形的脈寬、帶寬、中心頻率和包絡(luò)等信號(hào)參量。

??? 三、結(jié)語(yǔ)

??? CUWB無(wú)線通信系統(tǒng)是一種具有自適應(yīng)頻譜接入能力和靈活波形的新型智能超寬帶系統(tǒng)。文章結(jié)合頻譜感知和位置感知給出了CUWB系統(tǒng)簡(jiǎn)化的認(rèn)知循環(huán)處理模型，并在此基礎(chǔ)上利用分層與跨層設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法提出了CUWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)探討了CUWB頻譜感知、CUWB動(dòng)態(tài)自適應(yīng)輻射掩模生成、動(dòng)態(tài)頻譜分配及CUWB自適應(yīng)脈沖波形生成問題。總之，將CR技術(shù)和UWB相結(jié)合，不僅能夠更好地解決UWB系統(tǒng)與其他系統(tǒng)間的頻譜共享和系統(tǒng)共存問題，也為設(shè)計(jì)一種全新體系結(jié)構(gòu)的高性能UWB系統(tǒng)提供了一種嶄新的思路，而且進(jìn)一步為最終實(shí)現(xiàn)完全智能化的CR技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，也為構(gòu)建下一代自適應(yīng)頻譜接入系統(tǒng)提供了一種全新的選擇。