存在頻譜碎片的認知無線電網絡頻譜共享策略研究.pdf

1、互聯(lián)網時代的今天，人們對網絡的需求不再局限于固定的有線接入，而轉為任何時間、任何地點、任何情況下均可接入網絡，因此無線網絡的發(fā)展尤為重要。面對激增的無線業(yè)務需求及各種智能終端設備的大量普及，作為無線網絡戰(zhàn)略性資源的無線頻譜變得十分稀缺。而傳統(tǒng)的靜態(tài)頻譜劃分方式的低效性，又進一步加劇了資源緊缺問題，在此情況下，認知無線電（Cognitive Radio，CR）應運而生。認知網絡中，CR用戶動態(tài)共享授權頻譜，以提高資源利用率。但值得注意的是

2、，授權用戶和CR用戶隨機地占用頻譜資源，使得可用頻譜被離散為一系列不連續(xù)的頻譜塊，稱之為頻譜碎片。頻譜碎片的存在，不僅增加了CR用戶接入設備的復雜度，也帶來了跨頻干擾的問題。導致CR用戶共享頻譜資源時面臨更加嚴格的干擾約束，影響資源利用率。尤其是分布式認知網絡中，由于缺乏集中控制中心，無法統(tǒng)一調度各CR用戶傳輸參數，需要額外的手段消除此類干擾。因此，為解決頻譜碎片和跨頻干擾造成的資源利用率較低問題，本文基于分布式CR網絡，針對頻譜碎片和

3、跨頻干擾存在下的頻譜共享策略進行深入研究。
　　本研究主要內容包括：⑴在基于TV頻帶的分布式CR網絡中，授權用戶的隨機行為是產生頻譜碎片的主要原因。為定性分析授權用戶行為，本文將其建模為離散 Markov模型，定義頻譜占用度和碎片度來分析其對系統(tǒng)性能的影響，最后以統(tǒng)計平均中斷概率最小為目標，提出兩種頻譜接入策略。策略一在傳統(tǒng)的連續(xù)頻譜接入的基礎上加入調整因子，根據節(jié)點實際需求，動態(tài)調整對可用信道的占用程度，預留更多的資源給下一節(jié)點

4、，進而減少中斷的發(fā)生。策略二采用物理層 k-agile接收機，在考慮靈敏度限制及保護帶消耗的同時，非連續(xù)的接入多個頻譜碎片，進而提高接入的靈活性。兩種策略在滿足各認知用戶通信需求的同時，有效降低了系統(tǒng)中斷概率，提高了資源利用率，仿真結果表明均優(yōu)于傳統(tǒng)的連續(xù)頻譜接入方式。⑵分布式認知無線電網絡中以效率最大化為目標的動態(tài)頻譜共享問題。由于頻譜碎片的存在，認知用戶選擇接入空閑信道時，通過插入保護頻帶的方法來消除跨頻干擾。即在選擇接入時，以保護

5、帶資源的消耗為代價換取可達速率。此時，接入問題可歸結效率優(yōu)化問題，即研究如何以最小的保護帶消耗獲得最大的可達速率。該問題為典型的整數組合優(yōu)化問題，傳統(tǒng)的遍歷搜索算法復雜度太高。這里基于經典的計算機內存管理方法，引入碎片位置向量信息，提出幾種不同搜索方式的改進算法，以不同程度地減少傳統(tǒng)遍歷算法的搜索次數，從而改善算法復雜度。最后，通過仿真分析各算法下所獲得的效率，可以看出，各算法均是在復雜度和效率之間做出不同程度的折中，為不同的實際應用需