能量有效的認(rèn)知無線電動(dòng)態(tài)頻譜接入策略研究.pdf

1、隨著無線通信的發(fā)展,無線頻譜資源已成為通信系統(tǒng)中不可或缺的寶貴資源。傳統(tǒng)的靜態(tài)頻譜分配方式導(dǎo)致頻譜利用率低下,頻譜使用不均衡,而且近年來人們對無線通信業(yè)務(wù)需求的急劇增長,使原本稀缺的無線頻譜資源變得更加緊張。無線頻譜資源稀缺,進(jìn)一步制約了通信技術(shù)的發(fā)展。認(rèn)知無線電作為下一代無線通信的研究熱點(diǎn)技術(shù)之一,為提高無線頻譜資源的利用率提供了有效的解決方案。認(rèn)知無線電采用動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)作為核心技術(shù)。動(dòng)態(tài)頻譜接入相對于傳統(tǒng)的靜態(tài)頻譜接入在頻譜利用

2、率方面具有明顯的優(yōu)勢。動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)通過頻譜感知尋找系統(tǒng)中的空閑頻段,使認(rèn)知用戶自適應(yīng)的接入空閑頻段進(jìn)行通信,從而實(shí)現(xiàn)對頻譜資源的靈活分配。
　　本文主要研究動(dòng)態(tài)頻譜接入過程中的能量效率問題,認(rèn)知用戶利用頻譜感知獲得信道在任一時(shí)刻的狀態(tài)信息,并伺機(jī)接入授權(quán)用戶未使用的信道進(jìn)行通信。認(rèn)知用戶的傳輸和感知都需要消耗一定的系統(tǒng)能量,理想情況下,為了獲得更多的頻譜接入機(jī)會(huì),認(rèn)知用戶需要持續(xù)感知無線頻譜,而持續(xù)感知需要認(rèn)知用戶的收發(fā)器始終

3、保持正常工作狀態(tài),收發(fā)器連續(xù)工作時(shí)所消耗的能量很大,基本和用戶傳輸所消耗的能量相當(dāng),所以,這種連續(xù)感知信道的方式使得系統(tǒng)能源浪費(fèi)嚴(yán)重,導(dǎo)致系統(tǒng)中有限的能量過早耗盡。特別是當(dāng)授權(quán)用戶在信道中服務(wù)的時(shí)間較長時(shí),連續(xù)感知信道的機(jī)制更不能有效利用系統(tǒng)能量,對于用存儲(chǔ)式電源供電的無線移動(dòng)設(shè)備來說,無疑是加重了設(shè)備的能量負(fù)擔(dān)。由此可見,相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的能量問題更具有研究意義。盡管連續(xù)感知方式使得認(rèn)知用戶可以獲得更多的頻譜接入機(jī)會(huì),但它是以

4、犧牲系統(tǒng)能量為代價(jià)的。當(dāng)認(rèn)知用戶感知頻譜的頻率較大時(shí),認(rèn)知用戶可以獲得更多的頻譜接入機(jī)會(huì),但是頻繁的感知會(huì)導(dǎo)致過多的能量消耗。相反,如果感知頻率較低時(shí),雖然能節(jié)省一部分系統(tǒng)能量,但認(rèn)知用戶將會(huì)錯(cuò)過一些空閑頻譜的接入機(jī)會(huì),特別是在授權(quán)用戶占用頻譜的時(shí)間較短時(shí)。為了在保證授權(quán)用戶QoS前提下提高認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的能量效率,本文設(shè)計(jì)了能量有效認(rèn)知無線電的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略,在其中引入了等待機(jī)制,等待中的認(rèn)知用戶消耗能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于感知消耗的能量,認(rèn)知用戶間

5、斷性的感知信道,感知到空閑信道立即接入通信,感知不到空閑信道認(rèn)知用戶停止感知進(jìn)行等待,以達(dá)到節(jié)約認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能量消耗的作用。同時(shí),當(dāng)認(rèn)知無線電系統(tǒng)能量效率較高時(shí),認(rèn)知用戶的行為也將會(huì)對授權(quán)用戶造成多方面的影響。認(rèn)知用戶伺機(jī)接入到授權(quán)信道時(shí),與主用戶發(fā)生碰撞,當(dāng)兩用戶碰撞次數(shù)較大時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響主用戶的通信質(zhì)量。因此本文將對認(rèn)知無線電系統(tǒng)中如何提高系統(tǒng)能量效率和保證授權(quán)用戶正常傳輸?shù)膯栴}進(jìn)行深入的研究,考慮將兩用戶的碰撞概率設(shè)定在主用戶

6、能夠承受的限度內(nèi),研究認(rèn)知無線電動(dòng)態(tài)頻譜接入過程中的能量效率問題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：介紹基于連續(xù)時(shí)間馬爾可夫鏈的動(dòng)態(tài)頻譜接入以及隨機(jī)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中基于攝動(dòng)分析的梯度優(yōu)化算法。以連續(xù)時(shí)間馬爾可夫鏈的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略建模方式為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)能量有效的認(rèn)知無線電動(dòng)態(tài)頻譜接入策略,并對其進(jìn)行理論建模,定義系統(tǒng)的性能指標(biāo),指標(biāo)主要包括兩用戶之間的碰撞概率和能量效率等等。之后將隨機(jī)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的攝動(dòng)分析理論應(yīng)用到認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中,依據(jù)攝動(dòng)分析基