本文作者：熊传伟陈世勇作者单位：重庆联通万州分公司

对第4代移动通讯系统进行跨层设计的思想

对第4代移动通讯系统进行跨层设计的最本质的思想就是：能够把那些传统的通信系统框架给打破，进而满足通信系统的服务质量。并且能够在协议层中能够把通信系统资源的状态参数以及服务的服务质量参数进行有效地传递与传输，进而达到对各协议层联合设计，这样就能够充分利用移动通信系统的资源，为移动通信用户提供更优质的服务。

对第4代移动通信系统跨层设计研究现状

当今，有很多人对4G移动通信系统的跨层设计提出了一些可行的技术方案，例如：Vjiya.Traisinghnai是在无线通信的环境下，通过对TCIP协议栈的跨层优化设计分心并做了很好的总结。他在总结中提出了利用跨层信息反馈的机制就是在TCIP协议栈各层的之间，利用信息交换的方式实现跨层设计的优化。最后，他还归纳整理出了协议栈之间所交换的数据信息，并且提出了一种新的能够实现层间信息交互的一个新的系统架构；QIM/an，gAbuRghe，ffM.A这些人同样总结了无线通信系统以及协议栈内部的跨层信令，并提出了一种机制以对协议栈之间的各层协议进行有效地跨层控制。

认知无线电网络的跨层设计

1)频谱管理的跨层设计

无线信道的参数应该与CR的通信协议通过频谱的动态特性进行有效地彼此适应。并且每一个协议的行为都会相互影响。例如，传输层的环路时间会受到CR网络所使用的不同MAC协议的直接影响。一样的原理当频谱引起链路失效需要重新建立路由的时候，通信路径上的那些RTT以及差错率都会随之而改变，这样又会导致MAC协议性能的不稳定。最终会影响到系统的整体质量。在实际的应用中需要找到合适的频谱，这就要对频谱进行有效地管理，在对频谱管理的过程中需要考虑的因素主要有：传输层、路由、规划与感知信息等。管理应该设计一个能够跨层的频谱管理的方案，以实现各种通信协议栈的功能在物理层上的相互联系。对这种方案进行设计的时候需要选择合适的工作频谱，还需要充分考虑可用的频谱以及MAC和路由的要求以及传输和应用层的具体要求。

2)对频谱移动性进行跨层设计

频谱切换会导致频谱切换延迟，这会影响通信协议的性能。因此，频谱切换的主要挑战是减少频谱感知时的延迟。当频谱切换延迟时，会对传输层协议产生不利影响。并且，在频谱切换时或路径损耗以及受到干扰的时候，动态频谱都会直接影响到无线链路错误和链路层延迟等信道参数。另外PHY与MAC信道参数的改变也会引起开始频谱的切换。而且移动通信用户会要求切换频谱以找到那些质量更好的频段。

3)频谱共享的跨层设计(物理层)

用户对频谱的感知能力对频谱的共享性能有着直接的影响，PHY层的功能是对频谱感知的的主要体现。但是，在很多合作的检测的状况下，对无线网络用户的认知需要通过Adhoc的连接交换那些感知的数据信息，所以说频谱感知与频谱共享对多跨层设计有很大的影响。并且我们能够明显地看出对频谱的感知直接决定通信协议的性能，在利用频谱的时候主要面对的挑战为：利用频谱所面对的第1个挑战就是InterferenceMitigation(干扰减轻)。频谱扫描只能够提供发射机的数据信息如果接收机受到干扰。所以我们就要同时考虑到发射机和用户之间的彼此干扰作用，不断改进这方面的技术，以来降低干扰。在很多的研究中能够得出合作技术在系统性能上是十分优越的。另一个方面就是这种合作技术还会增加通信的成本，在综合考虑信道容量和系统耗能时，这个系统的整体性能就会降低很多。所以在发展4G技术的过程中需要研究出高效的频谱共享的技术，以来实现在CR网络用户高效的频谱数据信息的共享。第2个挑战是频谱感知不能同时感知到整个频谱。更明确地说，由于CR网络需要预知大量的频谱，因此感知整个频谱需要很多时间。由于感知过程需要耗电，因此这个过程需要详细的规划。假设节点总是了解整个频谱的情况是不实际的，而且如果每个设备上只有一个收发信机，并切换到一个信道上进行通信。因此，这种操作要求物理层和更高层的跨层的交互。更明确地说，通信的要求需要同频谱感知相互协调。参考文献[54]中研究使用多套收发机的效果，这可以用来代替上述的方法。文中考虑了2套收发信机，1套收发器一直监听着控制信道以进行频谱感知。这种操作不但改进了系统性能，同时还增加了复杂性以及设备花费。

4)在传输层上的扩层设计（高层协议的跨层设计）

在对无线网络的认知过程当中，因为在多跳通信中的每一跳的频谱是不同的，所以网络的就需要在拓扑配置中了解频谱感知的数据信息。并且路由和频谱决策之间的相互协作是无线网络中的主流设计思想方法。首先，在认知无线电网络的过程中，由于多跳通信中的每一跳的可用频谱都不同，网络的拓扑配置就需要知道频谱感知的信息。而且，认知无线电网络中路由的一个主要设计思想就是：路由和频谱决策间的合作。一些节点之间会产生相互的影响，为了减轻因节点之间的影响引起性能下降，往往中间节点常会选择多个频谱的接口。所以端到端的路由常常会在多个频段上工作。其次，常常一跨层的方式对路由进行重建。路由算法要能够及时的把那些因为节点之间的链路失效与频谱移动性导致链路失效区分开来。最后，中间节点应该能够利用采用频谱感知取得的频谱数据信息来重建路由，在这个过程中以选择较好的路由。