什么是WRAN（无线区域网络）？

WRAN，即无线区域网络，是为农村地区、发展中国家以及人口密度较低的地区而设计和开发的。 IEEE 802.22是一种用于无线区域网络的标准规范。该标准利用射频频谱中的“空白频段”，在难以接入的区域提供广播连接服务。 白色空间指的是频谱中未被使用的部分。 这一过程是在认知无线电技术的帮助下实现的。认知无线电技术旨在帮助无线系统避免与CPE发生干扰或产生拥挤现象。

WRAN是在电视频谱中未被使用的频道上进行的技术，其目的是让信号在低频下能够更顺畅地传播。WRAN是首个能够有效利用电视频谱中未被使用的频段的技术，同时还能减少全球范围内的干扰问题。

WRAN的需求：
使用频谱所需的先决条件非常高，而且完全利用整个频谱也是不经济的。 根据2004年至2005年的报告，只有5.2%的频谱被有效利用。因此，有必要设计出能够高效利用剩余未使用的频谱的网络。 之前的系统远远不足以覆盖所有地理区域，包括农村地区。 不过，为该地区的人们提供这项服务是必要的。因为许多国家仍然处于发展阶段，而且有很多农村地区。 由于电视频谱中有大量空闲的频道，因此这些频谱被专门选用于WRAN的应用。而且，使用WRAN的设备并不需要获得许可。 所以，这个成本还是可以接受的。

在WRAN中使用的拓扑结构：
IEEE 802.22标准采用了指向多点网络拓扑结构这意味着，一个基站就可以为多个用户站提供服务。 这种配置的要求是，必须安装一个基站，以及任意数量的客户端设备。 基站负责控制所有射频活动。 BS与CPE之间的关系属于主从关系。 所涉及的功能包括射频信号的感应与接收或发送。 RF感应是由基站定期进行的，而相关的报告则由CPE发送给基站。 根据这份报告，BS会决定应该使用哪个空闲的频谱频道来与CPE进行通信。 这些CPE设备采用了双天线设计。 其中一个天线用于与基站进行通信。 另一个全向天线被用于收集各种报告和测量数据。

WRAN中的数据库接口模型：

根据所提供的规范，WRAN与CPE数据库之间的接口必须直接连接在基站和数据库服务之间，而不是直接连接到各个CPE设备上。这是因为，基站需要找到一种适用于所有CPE的空闲信道，而不仅仅是一个个CPE所使用的信道。

在WRAN中的考虑因素：
在设计WRAN时，需要仔细考虑两层内容：物理层方面的考虑以及MAC层方面的考虑。

物理考虑因素：

• WRAN应该具有较高的性能水平。同时，它还必须具备经济性和技术上的高效性。
• CPE必须能够承受各种环境条件，同时还需要具备在多个频道之间无缝切换的能力，且不会出现任何传输错误。
• 在带宽调整、编码技术等方面，它必须具有极高的灵活性。
• 在设计WRAN时，传输功率控制（TPC）和频率灵活性是两个非常重要的因素。

媒体访问控制：MAC

• 基站是控制中心，这意味着其他任何CPE设备在没有得到基站的许可的情况下，都不应发起或传输任何信号。
• CPE应该负责识别正确的空闲频道，并通知基站其存在。
• 基站进行的循环频谱感知以及来自CPE的反馈传输，必须持续进行。因为如果有任何需要改变信道的情况发生，那么这种操作可以在任何时候进行。
• 在每一帧数据的开始阶段，基站会向CPU发送一个前导信号，以此来区分其发送的信息与电视广播中的信息。

频谱感知：
Spectrum sensing是由客户端的设备来执行的。这些设备会监测并记录射频信号，从而找出电视频谱中未被使用的频道。

带内频谱感知：
它能够找到那些未被使用的频谱通道，这些通道可以被认知无线电的用户用于传输数据。这类方法分为两种：精细感知和快速感知。

精细感知：

• 当基站识别出需要更精确的测量时，就会进行精细的感知处理。
• 感知过程需要25到30毫秒的时间。
• 在最终的感知过程中，CSP主要关注那些可能成为频谱主要使用者的信号。比如，电视行业所使用的信号就属于这种情况。

快速感应：

• 该感知任务的处理速度非常快。
• 所使用的算法是能量检测算法。
• 感知所需的时间为1毫秒。

WRAN的应用领域：
IEEE 802.22的主要应用在于为偏远地区、农村地区或那些难以通行的地方提供无线宽带服务。 WRAN提供了对音频和视频的传输、语音通信、数据传输以及服务质量保障功能的支持。 在农村地区，使用较低的频率是有效的，因为认知无线电需要满足一定的条件。这种无线电技术能够承受低频段的传输，而低频段传输方式在电视广播和无线麦克风领域是被法律所认可的。 从频谱中，那些未被使用的频道会被识别出来，然后电视信号就会通过卫星传输到接收端。 WRAN被广泛用于初创企业和小型企业中。

WRAN的优势：

• WRAN网络的用户无需获得相关许可，这意味着IEEE 802.22标准在成本方面具有很大的优势。
• 其覆盖的地理范围比其他IEEE 802标准要广得多。
• 通过使用那些未被使用的频道，可以更有效地利用频谱资源。
• WRAN所提供的服务涵盖了数据、语音、视频等多种领域。
• WRAN为农村地区提供了广播服务所带来的便利。

WRAN的缺点：

• 在IEEE 802.22标准中，传播延迟比其他IEEE 802标准要高一些。
• 自我共存：802.22标准下的重叠网络结构
• “隐藏的 incumbent”：那些可以被 CPE 检测到，但被基站无法检测到的频谱范围，被称为“隐藏的 incumbent”。IEEE 802.22标准的改进版本通过图着色模型和多重广播技术，解决了自共存和隐藏 incumbent 问题。