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本文作者：熊傳偉陳世勇作者單位：重慶聯通萬州分公司

對第4代移動通訊系統進行跨層設計的思想

對第4代移動通訊系統進行跨層設計的最本質的思想就是：能夠把那些傳統的通信系統框架給打破，進而滿足通信系統的服務質量。并且能夠在協議層中能夠把通信系統資源的狀態參數以及服務的服務質量參數進行有效地傳遞與傳輸，進而達到對各協議層聯合設計，這樣就能夠充分利用移動通信系統的資源，為移動通信用戶提供更優質的服務。

對第4代移動通信系統跨層設計研究現狀

當今，有很多人對4g移動通信系統的跨層設計提出了一些可行的技術方案，例如：Vjiya.Traisinghnai是在無線通信的環境下，通過對TCIP協議棧的跨層優化設計分心并做了很好的總結。他在總結中提出了利用跨層信息反饋的機制就是在TCIP協議棧各層的之間，利用信息交換的方式實現跨層設計的優化。最后，他還歸納整理出了協議棧之間所交換的數據信息，并且提出了一種新的能夠實現層間信息交互的一個新的系統架構；QIM/an，gAbuRghe，ffM.A這些人同樣總結了無線通信系統以及協議棧內部的跨層信令，并提出了一種機制以對協議棧之間的各層協議進行有效地跨層控制。

認知無線電網絡的跨層設計

1)頻譜管理的跨層設計

無線信道的參數應該與CR的通信協議通過頻譜的動態特性進行有效地彼此適應。并且每一個協議的行為都會相互影響。例如，傳輸層的環路時間會受到CR網絡所使用的不同MAC協議的直接影響。一樣的原理當頻譜引起鏈路失效需要重新建立路由的時候，通信路徑上的那些RTT以及差錯率都會隨之而改變，這樣又會導致MAC協議性能的不穩定。最終會影響到系統的整體質量。在實際的應用中需要找到合適的頻譜，這就要對頻譜進行有效地管理，在對頻譜管理的過程中需要考慮的因素主要有：傳輸層、路由、規劃與感知信息等。管理應該設計一個能夠跨層的頻譜管理的方案，以實現各種通信協議棧的功能在物理層上的相互聯系。對這種方案進行設計的時候需要選擇合適的工作頻譜，還需要充分考慮可用的頻譜以及MAC和路由的要求以及傳輸和應用層的具體要求。

2)對頻譜移動性進行跨層設計

頻譜切換會導致頻譜切換延遲，這會影響通信協議的性能。因此，頻譜切換的主要挑戰是減少頻譜感知時的延遲。當頻譜切換延遲時，會對傳輸層協議產生不利影響。并且，在頻譜切換時或路徑損耗以及受到干擾的時候，動態頻譜都會直接影響到無線鏈路錯誤和鏈路層延遲等信道參數。另外PHY與MAC信道參數的改變也會引起開始頻譜的切換。而且移動通信用戶會要求切換頻譜以找到那些質量更好的頻段。

3)頻譜共享的跨層設計(物理層)

用戶對頻譜的感知能力對頻譜的共享性能有著直接的影響，PHY層的功能是對頻譜感知的的主要體現。但是，在很多合作的檢測的狀況下，對無線網絡用戶的認知需要通過Adhoc的連接交換那些感知的數據信息，所以說頻譜感知與頻譜共享對多跨層設計有很大的影響。并且我們能夠明顯地看出對頻譜的感知直接決定通信協議的性能，在利用頻譜的時候主要面對的挑戰為：利用頻譜所面對的第1個挑戰就是InterferenceMitigation(干擾減輕)。頻譜掃描只能夠提供發射機的數據信息如果接收機受到干擾。所以我們就要同時考慮到發射機和用戶之間的彼此干擾作用，不斷改進這方面的技術，以來降低干擾。在很多的研究中能夠得出合作技術在系統性能上是十分優越的。另一個方面就是這種合作技術還會增加通信的成本，在綜合考慮信道容量和系統耗能時，這個系統的整體性能就會降低很多。所以在發展4G技術的過程中需要研究出高效的頻譜共享的技術，以來實現在CR網絡用戶高效的頻譜數據信息的共享。第2個挑戰是頻譜感知不能同時感知到整個頻譜。更明確地說，由于CR網絡需要預知大量的頻譜，因此感知整個頻譜需要很多時間。由于感知過程需要耗電，因此這個過程需要詳細的規劃。假設節點總是了解整個頻譜的情況是不實際的，而且如果每個設備上只有一個收發信機，并切換到一個信道上進行通信。因此，這種操作要求物理層和更高層的跨層的交互。更明確地說，通信的要求需要同頻譜感知相互協調。參考文獻[54]中研究使用多套收發機的效果，這可以用來代替上述的方法。文中考慮了2套收發信機，1套收發器一直監聽著控制信道以進行頻譜感知。這種操作不但改進了系統性能，同時還增加了復雜性以及設備花費。

4)在傳輸層上的擴層設計（高層協議的跨層設計）

在對無線網絡的認知過程當中，因為在多跳通信中的每一跳的頻譜是不同的，所以網絡的就需要在拓撲配置中了解頻譜感知的數據信息。并且路由和頻譜決策之間的相互協作是無線網絡中的主流設計思想方法。首先，在認知無線電網絡的過程中，由于多跳通信中的每一跳的可用頻譜都不同，網絡的拓撲配置就需要知道頻譜感知的信息。而且，認知無線電網絡中路由的一個主要設計思想就是：路由和頻譜決策間的合作。一些節點之間會產生相互的影響，為了減輕因節點之間的影響引起性能下降，往往中間節點常會選擇多個頻譜的接口。所以端到端的路由常常會在多個頻段上工作。其次，常常一跨層的方式對路由進行重建。路由算法要能夠及時的把那些因為節點之間的鏈路失效與頻譜移動性導致鏈路失效區分開來。最后，中間節點應該能夠利用采用頻譜感知取得的頻譜數據信息來重建路由，在這個過程中以選擇較好的路由。