学术交流
当前位置:

聚焦“白频谱”:国外的管理法案与标准概览

2015-02-14 22:31 来源:电视技术

责编:陈默


 【编者按】随着频谱资源的日益紧张,白频谱的开发利用受到越来越多关注,世界各国都在努力推进白频谱的发展。今天小编推荐的文章简述了广电白频谱的概念及重要性,介绍了白频谱接入所依赖的认知无线电技术,并回顾了近年国际最新的白频谱管理和部署进展,最后对比了两份白频谱标准IEEE802.11afIEEE802.22PHY层和MAC层的差异。

聚焦“白频谱”:国外的管理法案与标准概览

2015-02-09  王兴军 程云笛 黄星煜  清华大学深圳研究生院

广播电视白频谱(以下简称白频谱),是指在特定时间、特定区域,在不对更高级别的服务产生干扰的基础上,可被无线通信设备或系统使用的频谱,这其中包括了管理者没有分配的频谱、已分配但未使用或未充分使用的频谱、相邻频道间的保护频段以及模拟信号数字化带来的“数字红利”等。白频谱所在频率范围的无线电波具有自由空间传播路径损耗小、透射和绕射能力强等特点,使得工作于这一频段的设备在同等功率下拥有更广的覆盖范围。

对白频谱资源的需求主要来自两方面。首先,随着智能手机和平板电脑的普及,移动数据通信量逐年增加。思科20142月发布的报告显示,2013年全球移动数据通信量增长了81%,相当于2000年全球所有网络设备通信量的18倍,国内三大移动运营商的数据业务总量也比2012年增长了90%。根据预测,2013年到2018年之间国际移动数据通信量将增长11倍,其增长速度是固定设备数据通信的3倍之多,并且有望在2016年超越后者,占到全球数据通信量的55%。如此庞大的无线数据通信量必然需要更多的带宽资源。其次,在许多场合下,人们要求无线网络设备的覆盖能力强于以往,希望在更多场合实现无线网络覆盖,比如市区WiFi、农村地区无线宽带、智能农业、远程医疗等。

在这种需求的推动之下,研究人员、管理机构以及标准制定组织已经为如何高效、安全地使用白频谱进行了大量探索,并取得了阶段性的成果。本文将首先介绍白频谱接入的3种认知无线电方案,它们是利用白频谱的技术基础;接着梳理自2007年以来,欧美国家白频谱管理和部署工作的进展;最后对两种白频谱标准IEEE 802.11afIEEE802.22进行比较。

1 认知无线电技术

使用白频谱的无线设备,即白频谱设备(WhiteSpace Devices),所面临的首要问题是如何寻找可用白频谱,并保证设备的操作不影响该频段其他已有服务——尤其是经过授权的服务。这一问题的难点在于,经过授权的服务占用的频谱资源随时间、地点的改变而动态变化。这些服务中最具代表性的是PMSEProgram Making and Special Event),泛指为体育赛事直播、新闻采集、商业展会等一系列活动所提供的广播服务,它们占有广电频谱的时间具有极大的随机性。另外,在一定地理范围内,各类白频谱设备将竞争白频谱资源,它们必须能够实时获取周边与之竞争的设备使用频谱的信息,以避免冲突。而认知无线电技术能够解决上述问题。认知无线电的核心思想是具有学习能力,主要使用频谱感知、地理位置数据库和信标接收3种方法实现频谱检测。

1.1 频谱感知

频谱感知是指白频谱设备自发探测所在位置的频谱环境,以确定收发数据的频段。白频谱设备主要使用两种方法感知频谱:功率检测和特征检测。前者是指若探测到的无线电波功率超越某界限,就认定该频段已被占用,反之则推断该频段暂无使用者。这种检测的缺陷之一是,为避免噪声对检测结果的影响,需要提高检测门限,这会导致设备可能漏检信号。特征检测则是处理接收到的信号,通过其帧格式等特征判断信号是否为其他设备所发送。它能提升检测灵敏度,也增加了设备的复杂性——毕竟各类设备的数据格式难以统一。因此实际应用中通常将上述两种方法结合使用。确定空闲频道后,设备还需要探测与之相邻的频道是否被占用,以决定抑制带外功率的标准。

由于存在“隐藏节点”问题,仅依靠设备自身的频谱感知难以保证结果的可靠性。图1展示了一种极可能出现的场景:电视广播发射塔台的信号受到建筑物阻挡,无法被具有感知能力的移动设备检测到,而距离它很近的房屋上的天线却与塔台存在视距传播路径,因此移动设备有可能使用塔台正在占用的频道向天线发送信号,对电视信号造成干扰。欧洲的管理者认为,采用“协同感知”功能可以提高感知的准确性。例如特定的中心设备可以收集某一区域内多个感知设备对频道的检测结果,用最优化的判决门限分析这些结果,最终做出判断。

1 隐藏节点示意图

另外,已经获取频道使用权的白频谱设备需要周期性地核实所占频道是否仍然可用,这种周期的选取关系到设备的能耗及通信的效率。

1.2 地理位置数据库

这是目前被管理者广泛接受的认知无线电方案,其思想是把频谱使用信息按照地理位置分类储存在“地理位置数据库”中,由数据库对频谱进行统一管理。当白频谱设备需要发送数据时,它把自身的位置信息和发射功率等参数报告给数据库,以申请频道的使用权。数据库根据白频谱设备提供的信息,经过计算之后把可用的频谱以及功率限制等信息发送给提交申请的设备,同时还要周期性地向这些设备确认信息的有效性。而白频谱设备的一切操作必须遵循数据库所提供的信息指导,一旦不能确定这些信息的有效性,就必须立即停止操作。

这种方案引起了人们对安全性问题的关注。一方面,数据库本身要安全可靠,既要保证数据库中的信息不会被侵入者篡改,又要保证设备所访问的数据库是经过管理部门批准的。另一方面,设备与数据库之间的通信内容不可泄露,因为其中可能包含设备特有的参数以及数据库提供的授权信息。此外,如何保证白频谱设备向数据库提供的定位信息达到要求的精度,即如何确保设备获得的空闲频道信息在当地是准确可用的,也是管理者必须解决的问题。

1.3 信标接收

“信标”是一种能够告知白频谱设备信道空闲信息的信号。管理者需要在相应地区部署一套信标发射站,处在该覆盖范围内的白频谱设备被动扫描信标帧,这种信标可以包括“使能信标”和“停止信标”,接收到前者的设备向信标站获取授权后,就可以操作空闲频道。欧洲管理机构的报告指出信标接收方案对PMSE的保护有着独特的优势。

信标接收的弊端在于,一些设备由于受到建筑物遮挡而无法探测到信标帧,从而浪费某区域的空闲频谱资源;由于设备性能的差异存在,如果在信标覆盖范围之外的白频谱设备检测到了信标并通过了授权,那么可能会对该设备所在区域已有的广电服务造成严重干扰。

2 欧美国家管理白频谱的进展

2.1 美国

美国联邦通信委员会(FederalCommunication CommitteeFCC200811月首次在FCC 08-260 Second Report and Order and Memorandum Opinion and Order”中,允许未注册的无线电设备使用当地的空闲广播电视频段(白频谱),并认为只要有恰当的管理和合适的设备操作,未注册无线电设备可以在使用白频谱的同时不干扰已有服务。FCC在该文件中对这类设备进行予以定义、分类,如表1所示,提出了用“地理位置数据库”、“接收外部控制信号”以及“频谱感知”3种方法探测白频谱,并对感知的功率下限和定位的最低精度做出相应要求。同时,FCC也规定要保护已有广电服务,给出了发射天线高度、发射功率控制、带外功率限制等技术指标。此后,在2010年和2012年,FCC两次对FCC 08-260做出补充和修改。其中,20109月份公布的FCC 10-174删除了对白频谱设备频谱感知功能的强制要求,但出于长远考虑,仍然鼓励对频谱感知技术的探索。文件中进一步强化了对广电频段已有服务的保护,并且着重要求地理位置数据库与白频谱设备之间,各数据库之间的通信要保证安全性。20124月的FCC 12-36结合农村地区以及广电服务覆盖率较低的地区的实际情况,对设备高于平均地形高度限制(HAAT)、功率限制等进行微调,以扩大无线宽带服务的覆盖范围。

1 FCC对白频谱设备的管理

随着管理法案的出台,美国白频谱系统的实现也得到迅速推进。201112FCC批准Spectrum Bridge公司的“电视白频谱数据库系统”开始运行,这也是美国第一套投入运行的白频谱数据库设备。20129月,FCC在东海岸部分地区开放了“未注册无绳电话登记系统”,旨在利用电视白频谱数据库系统,确保无绳电话这样的低功率设备不被其他未授权白频谱设备干扰。同年12月,电视白频谱数据库获得了FCC的“工程与技术办公室”的授权,被允许在东海岸的部分地区为未注册的白频谱设备提供服务,这一举措极大地促进了白频谱服务在全美范围内的普及。20133月,FCC在全国范围内发放了上述授权,这无疑将更快地推进美国白频谱产业的发展。

2.2 欧洲

欧洲邮政电信会议(EuropeanConference of Postal and Telecommunications AdministrationCEPT)近年来逐步完善了管理体系。20111月发布了ECC Report 159,在这份名为“对认知无线电设备在470 MHz790 MHz的白频谱中可能的操作技术和操作性管理”的报告中,管理者首先定义了一系列白频谱设备的部署情景,其后重点探讨了“地理位置数据库”和“频谱感知”对不同类型已有服务的保护。当被保护的对象是广播服务时,报告计算了室内、户外的白频谱设备的检测门限,发现设备类型(固定/可移动)和应用场景(室内/户外)的不同,可以导致检测门限在-91 dBm-155 dBm之间变化(如表2所示),而-155 dBm的感知精度是现阶段的技术难以达到的。因此报告的结论是白频谱设备无法仅利用感知能力确保不干扰其他同频道服务,地理位置数据库是较可行的方案,并且在数据库体系中的设备无须具备感知能力。

2 检测门限计算结果

两年后,CEPT20131月的另一份报告ECCReport 185ECC Report 159作出了补充。其中的一大进展是ECC Report 185讨论了为白频谱设备设置固定功率上限的可能性,但尚未规定具体的上限数值。此外,报告研究了参与“协同感知”的设备数量对感知结果准确性的影响,得出的结论是协同感知能克服多径衰减和对数正态衰减的影响,达到更好的感知效果。与之同月发布的ECC Report 186专门为地理位置数据库体系中的白频谱设备提出技术要求,该报告按照是否可移动定义了AB类设备,两类设备均可扮演主设备或从设备的角色。主设备具备水平和垂直定位能力,它直接与数据库通信,负责向从设备传递管理信息;从设备可以有定位能力,但不强制要求,它只能从它的主设备处得到运行所需的参数。主、从设备之间通信的内容被分为三类:设备参数、操作参数和频道用途参数。主设备和从设备必须向它们各自的上级设备发送自身的“设备参数”,才能得到包含可用频道编号及功率限制等信息的“操作参数”,主设备和从设备根据“操作参数”的要求,把欲申请使用的频道信息通过“频道用途参数”向上级设备报告。报告也对数据库的身份验证和通信安全性做出了规定。

其后,20137CEPT所管辖的标准制定组织之一欧洲电信标准化协会(European Telecommunications Standards InstituteETSI)颁布了标准草案EN301598 v1.0.0“白频谱设备:运作在470~790 MHz电视广播频段的无线接入系统”。2014218日,最终版本的标准草案EN301 598v1.0.9面世。

2.3 英国

英国的管理机构(Office ofCommunicationOfcom)在20079月的声明[16]中首次提出,允许认知无线电设备无须注册就可以使用广电频段内(470~790 MHz)“间隔的频谱”,只要它们不会对已注册的应用造成有害干扰。Ofcom做出此决定的重要原因是该频段的无线电波具备优良的传播特性,可以应用于金融网络、城市WiFi覆盖、工农业控制及自动化、农村地区宽带部署等多种场合,并且部署设备的花费更低。但是Ofcom同时也表示并不会划分出专用的频谱提供给未注册设备使用。20097Ofcom公布的“Digital Dividend: cognitive access”阐述了3种探测空闲频谱的认知无线电方案。它认为由于隐藏节点问题,感知的方式存在干扰已有服务的可能性,并且这种可能性不易评估。至于信标接收,Ofcom认为它的性能逊于前两者,又考虑到受访者对信标接收方案并无太大反响,因此决定不对它展开更多的探讨。最终得出的结论是,尽管地理位置数据库难以完全满足PMSE的需求,但仍然是现阶段对广电频段已有服务造成干扰最小的方案。

201212月,为了在欧洲的白频谱标准出台之前为本国制造商提供一致性参考,Ofcom出台了一份过渡性的本国自订标准(草案),其对管理体系的定义和技术要求基本服从于同期的欧洲标准草案。从20138月开始,Ofcom开放了测试白频谱设备的申请,任何想要参与测试的设备持有者都可以在申请被审核通过后进行设备的试验。20142月,Ofcom公布了与试用期数据库提供商的合约,已经完成签约的有Spectrum Bridge在内的6家公司。

2.4 小结

美国与欧洲的管理者对认知无线电技术的选择基本一致,都认为地理位置数据库方案是在当前的科技水平下,能最大程度上保护广电频段已有服务不受白频谱设备干扰的技术,因此也都暂时采纳了这一方案。欧洲和英国的管理者对设备的管理层次划分比美国少一层,再加上不同层次设备严格按等级通信,不存在跨层次通信,使得体系架构更简洁明朗。而FCC提出的管理体系虽然显得复杂,但正是设备间多样的通信模式提升了系统的可靠性。在功率限制方面,FCC对固定设备、两类移动设备、纯感知设备都明确规定了功率上限,对固定设备还限制了天线增益最大值。而CEPT虽然也规定设备功率不能超过上限,但没有为上限赋值。

3 IEEE802.11afIEEE802.22的对比

3.1 物理层

为了推动白频谱WiFi的发展,FCC先后成立了IEEE802.22802.11af工作小组。标准制定小组对IEEE802.11af的定位是“针对LANMAN的通信与信息交换技术”,可推断其目标应用场合是中等距离的WLANWMAN覆盖,比如楼宇内及楼宇间的局域网、人口稠密的农村地区网络接入等。而IEEE802.22标准旨在制定一个WRAN通信系统的相关标准,将该系统扩展部署在各类地理地域,包括人口稀少的乡村地区,同时避免对工作在电视频段的现任授权服务造成有害干扰。从两种标准各自的定位不难看出两种标准对物理层的指标要求侧重点不同,前者致力于延伸无线网络的覆盖区域,为此甘愿牺牲一定的速率性能;后者在保证较高速度的同时也会适当地兼顾传播距离。表3对比了两者物理层的主要参数。

3 IEEE802.11afIEEE802.22物理层主要参数对比

从表中数据可以看出,IEEE802.22的覆盖范围远大于IEEE802.11af,因此受到传播时延等因素的影响,IEEE802.22的数据率和频谱效率都远小于IEEE802.11afIEEE802.22的覆盖范围在BS的辐射功率小于4 W的前提下,覆盖范围仍可达到33 km,相比于IEEE802.11af5 km覆盖范围,更适用于农村WiFi的建设以及各种大型地区的WiFi覆盖。但是IEEE802.22的数据率最高只有22.69 Mbit/sBW=6 MHz),在CPE多于23的情况下,每个CPE分到的数据率就不到1 Mbit/s,因此只适用于人口较少的乡村地区在内的各类地域。而IEEE802.11af的数据率最高达到568.9 Mbit/sBW=8 MHz),在一个AP平均支持大概20个用户的实际情况下,每个用户分到的数据率为28.445 Mbit/s,适用于中等距离的各种WiFi覆盖,如比如楼宇内及楼宇间的局域网、人口稠密的农村地区网络接入、大型体育场馆的网络接入等。

此外,IEEE802.22IEEE802.11af均支持多信道绑定,可以将连续或者不连续的信道进行绑定,同时传输数据。IEEE802.22最多可绑定3个信道,IEEE802.11af最多可绑定4个信道。

3.2 MAC

IEEE802.22IEEE802.11af的定位可以看出,这两个标准都强调不能对现有的广电频段已注册服务造成有害干扰,要求检测地面广播电视频段的空白信道,并为次要用户选择最佳的空白信道。当主用户出现时,主用户和次要用户不会对彼此造成干扰。所以对于标准设计来说,以下两个问题尤为关键:用户接入采用的认知无线电技术、信道管理。

3.2.1 认知无线电功能

1 IEEE802.22的频谱感知

所谓频谱感知,是指用户通过各种信号检测和处理手段来获取无线网络中的频谱使用信息。获得可用的频谱信息后,用户方可接入网络。

为了检测操作信道中是否有授权用户,IEEE802.22网络设置全网静默期用于频谱感知。在静默期内,所有的网络传输暂停,所有的BSCPE进行带内感知操作。带内感知分为帧内感知和帧间感知两个阶段,分别使用盲感知方法和精细感知方法。帧内感知通常采用复杂度较低的感知方法(常用的有能量检测、特征值检测),可以在较短的时间内感知是否存在授权用户,精确度有限。在帧间感知阶段,对在之前没有感知到授权用户的信道进行进一步检测,感知是否存在授权用户。授权用户包括已注册的广电频段和无线麦克风,后者相对于前者功率较小(约50 mW),带宽较窄(小于200 kHz),感知困难,文献[22]是专门针对于无线麦克风的感知算法。

在建立连接之前,BS需要在领域内寻找授权数据库服务,并根据数据库信息建立初始可用信道列表。若未找到可用授权数据库服务,则默认所有信道均为可用信道。之后BS在可用信道列表中删除运营商禁止使用的信道,在剩下的信道上进行频谱感知,并建立与其他BS的同步。然后将更新后的可用信道交给上层,确定工作信道后在选定的信道上开始工作,并开始发送SCH(超帧控制头,承载了IEEE802.22小区的信息)信号。

同时,BS控制其覆盖范围内众多的CPE进行频谱感知,其频谱管理模块(SM)收集各个CPE传来的频谱感知信息、地理位置信息等内容,结合本地建立的频谱数据库来选择信道、确定该CPE的最大EIRP等。然后BS 根据CPE的位置信息,让新设备接入合适的频谱数据库,频谱数据库包括电视频道占用信息、低功率授权用户信息、相邻小区的工作信息等。

CPE必须有GPS定位能力,在进行初始化时首先要扫描所有的广播电视信道,接收BS发送的SCH信号,并与BS建立同步。之后CPESCH所在信道进行频谱感知,检测该信道和两侧的相邻信道是否有授权用户的存在,若没有,进行初始测距,并通过该信道向BS申请信道。若CPE通过BS认证,则通过注册后BSCPE发送信道设置(包括备用信道和候选信道)和操作参数(EIRP等),两者建立IP连接。若CPE没有通过BS认证,则CPE继续扫描广电信道,寻找SCH信号。

2IEEE802.11af的地理位置数据库

IEEE802.11af系统中的地理位置信息数据库(GDB)记录着占用白频谱频段的无线电服务的数据库,它按照服务的地理位置来组织、存储信息。该数据库必须受到有关管理机构的授权以及相应规章制度的约束,才被允许为其他设备提供“白频谱图(WSM)”。注册位置安全服务器(Registered Location Secure ServerRLSS)对应于FCC法案中定义的“固定设备”,IEEE802.11af对它的定义是“能够获取并管理GDB中信息的实体,它还能够存储基本服务集(BSSs)的位置及操作参数等信息”,相当于GDBenabling STA的中介。依赖于GDB的授权工作站(简称enabling STA)在传送数据前,会联系GDB或者RLSS以获取可用它所在位置的WSM,之后该工作只在允许的频率范围内发送数据。其后每当依赖于GDB的非独立工作站(简称dependent STA)发出可用信道询问后,它会根据从GDB得到的频谱信息生成与申请站地理位置相适应的不同WSMs

dependent STA的活动要严格遵循enablingSTA的控制。这种工作站的状态机控制着它在3种状态间切换——未使能、正在申请使能、已使能。其中,当处于未使能状态时,原则上不允许发送任何帧,只能被动扫描,等待enabling STA的准许使能信号,

dependent STA在启动后立即进入“未使能”状态,开始被动扫描enabling STA的信号。如果接收范围内的某个enabling STA有可分配的频道资源,那么它向周边发送GDD enabling signal。收到这一信号的dependent STA立即执行以下步骤:

1 进入“正在申请使能”状态。

2 与相应的enabling STA完成鉴权和关联后,dependentSTA向它发送“请求使能帧”。前者接收到“请求使能帧”后,以“使能响应帧”应答后者。

3 GDD dependent STA收到的“使能响应帧”且对方同意使能请求,它就进入“已使能”状态,只有在“已使能”状态下才能进行“申请白频谱图”、“申请使用空闲信道”等操作

IEEE802.22系统获取无线网络中的频谱使用信息包括GPS定位、本地数据库和频谱感知3个步骤,其中CPEBS 均负责定位和频谱感知部分,BS根据收集来的数据结合数据库的信息得出最终的频谱使用信息,这种方式复杂相对度较高,频谱检测的正确率也比较高;IEEE802.11af则是由enabling STAGDB获取白频谱图,dependent STA只能被动扫描,不参与频谱感知部分。此外IEEE802.11af仅依赖数据库资源来确定频谱使用信息,缺少对无线传声器信号和PMSE等主用户的检测,因此在实际应用中其信号可能与主用户相互干扰。

3.2.2 信道管理

信道管理旨在保护主权用户,动态分配信道资源。下面分别讨论IEEE802.22IEEE802.11af的信道管理方式。

1 IEEE802.22的信道管理

IEEE802.22协议中定义了多种信道用于信道管理。

Disallowed:当地监管部门禁用的信道。

Operating:在WRAN小区内正在被用户使用的信道。

Backup:备用信道,当用户检测到操作信道有授权用户时快速切换到此信道。

CandidateBackup的候选信道。BS可能指示CPE感知该信道是否空闲,若空闲,将其转到Backup信道状态。

Protected:被用频谱感知检测过的信道,若该信道被空出则可能会转为Candidate信道状态。

Unclassified:尚未被感知的信道。

在每个静默期后,这些信道的状态会根据基站或者终端用户的操作发生改变,这要求基站和用户终端及时更新各信道的状态。这样信道情况发生变化后,就可以及时地确定信道的状态,便于为CPE重新更换信道,避免干扰。

协议中还定义了信道中止请求/响应(CHT-REQ/RSP)、信道增加请求/响应(CHA-REQ/RSP)、信道切换请求/响应(CHS-REQ/RSP)等信道管理消息。

2IEEE802.11af的信道管理

2IEEE802.11af实体间通信示意图。

2 IEEE802.11af实体间通信示意图

IEEE802.11af的信道管理分为以下几个部分:

1 联系确认信号CVSContactVerification Signal):

GDD enablingSTA会向它曾经传送过WSMGDD dependent STA发送CVS帧,一来告知GDD dependent STA处在GDD enabling STA的覆盖范围之内,二来是确认前者持有的WSM是否有效。如果CVS中的MAP IDGDD dependent STA的相同,说明GDD dependent STA维护的WSM有效;反之说明已失效,这时GDD dependent STAGDD enabling STA发送CAQ(见图2)请求,并有可能收到一张新的可用WSM,如果收不到,那么它必须进入“未使能”状态。

2 信道可用性查询 CAQChannelAvailability Query):

CAQ过程是一种dependentSTAenabling STA作为请求站,向RLSS或其他enabling STA获取可用信道信息的通信过程。dependent STA3种情况下发送CAQ请求帧:①当它需要从GDD enabling STA处获取可用信道信息时;②在“已使能”状态下利用CAQ请求保持在“已使能”状态,一旦收到了GDD enabling STACAQ帧的肯定回复,GDD dependent STA就重置使能状态计时器;③当它得知频谱使用情况发生变化,就发送CAQ帧以获取新的频道信息。而GDD enabling STA会在自身位置超出规定的范围或计时器超过有效时间的情况下,执行CAQ过程以更新信息[18]

一些情况下,负责应答的RLSSenabling STA可以把请求站enablingSTA发来的CAQ转发给GDB,从GDB获取应答信息后再把它转发给请求站。

3 信道管理计划 CSMChannelschedule management):

这是一种仅限于enabling STARLSS之间的通信手段。enablingSTA可以自行发起CSM过程,向RLSS查询可用的WLAN或者TV频道的使用计划;也可以在接到其他enabling STA发给自己的CSM请求后,转发给RLSS。应特别注意CSM不同于CAQ,前者是对信道使用计划的查询,并且dependent STA没有参与CSM过程的权限。

4 网络信道控制 NCCNetworkChannel Control):

dependent STA获取WSM之后,它可以根据其中的信息判断可以在哪些信道进行操作。因此当这种dependent STA需要使用信道时,它向管辖自己的enabling STA发送NCC请求,其中包含着身份声明、请求使用的频段、频谱掩模等信息。此外,当正在操作过程中的dependent STA检测到WSM发生变化时,也会传送NCC请求。应答站方面,enabling STA如果判断出有合适的信道,就这些信道的编号和最大功率限制传送给dependent STA。这些信道编号可能与请求帧中的完全相同,否则就是被申请信道的真子集。如果dependent STA收到GDD enabling STA发送的停止操作指令,立即停止任何传输,进入“未使能”状态。

另外,enabling STA可以把请求转发给RLSS,由它做出判断后应答前者,再由前者转发给请求站。

比较:这两种标准会对白频谱图或者信道集进行周期或者非周期地更新。IEEE802.22系统中的CPE在信道管理方面是完全被动的。它只是不断地将频谱感知信息和自身的位置信息传送给BS,信道管理和切换都是由BS中的SM模块来实现的,如果发现信道冲突,由BS负责中止或者切换信道,并将相关信息发送给CPECPE负责执行。而在IEEE802.11af中,GDD dependent STA在“已使能”状态下可以利用CAQ请求保持在“已使能”状态,一旦收到了GDD enabling STACAQ帧的肯定回复,就重置使能状态计时器。当它得知频谱使用情况发生变化,既可以发送CAQ帧以获取新的频道信息,也可以传送NCC请求,比IEEE802.22系统中的CPE的自主性要大很多。

4 结语

白频谱出色的传播特性以及广电频段释放后带来的额外频谱资源,使得无论是管理者还是设备生产商都对它格外关注。针对白频谱的使用,近年来欧美的管理机构已经发布了多份具有指导意义的研究报告,美国和欧洲相继出台了面向不同应用场合的标准,其中最具代表性的是IEEE802.11afIEEE802.22。前者侧重于中远距离的无线网络覆盖,包括乡村宽带、校园无线网络接入等;后者则着力于提升远距离覆盖能力。它们都为无线网络的发展开辟了新的疆域。笔者相信陆续出台的标准和逐渐完善的法规,必将促进白频谱设备的研究和生产,也会对频谱资源优化配置起到推动作用。更重要的是,广电白频谱的开发利用,将为其他频段的频谱资源动态分配,以及免注册设备的研制提供范例。


该文已刊登在《电视技术》2014年第17期

订阅电话:010-59570227