存在頻譜碎片的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享策略研究.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的今天，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求不再局限于固定的有線接入，而轉(zhuǎn)為任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何情況下均可接入網(wǎng)絡(luò)，因此無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展尤為重要。面對(duì)激增的無(wú)線業(yè)務(wù)需求及各種智能終端設(shè)備的大量普及，作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略性資源的無(wú)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(jìn)一步加劇了資源緊缺問(wèn)題，在此情況下，認(rèn)知無(wú)線電（Cognitive Radio，CR）應(yīng)運(yùn)而生。認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，CR用戶動(dòng)態(tài)共享授權(quán)頻譜，以提高資源利用率。但值得注意的是

2、，授權(quán)用戶和CR用戶隨機(jī)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(shè)備的復(fù)雜度，也帶來(lái)了跨頻干擾的問(wèn)題。導(dǎo)致CR用戶共享頻譜資源時(shí)面臨更加嚴(yán)格的干擾約束，影響資源利用率。尤其是分布式認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，由于缺乏集中控制中心，無(wú)法統(tǒng)一調(diào)度各CR用戶傳輸參數(shù)，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(wèn)題，本文基于分布式CR網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)頻譜碎片和

3、跨頻干擾存在下的頻譜共享策略進(jìn)行深入研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在基于TV頻帶的分布式CR網(wǎng)絡(luò)中，授權(quán)用戶的隨機(jī)行為是產(chǎn)生頻譜碎片的主要原因。為定性分析授權(quán)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(lái)分析其對(duì)系統(tǒng)性能的影響，最后以統(tǒng)計(jì)平均中斷概率最小為目標(biāo)，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(chǔ)上加入調(diào)整因子，根據(jù)節(jié)點(diǎn)實(shí)際需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整對(duì)可用信道的占用程度，預(yù)留更多的資源給下一節(jié)點(diǎn)

4、，進(jìn)而減少中斷的發(fā)生。策略二采用物理層 k-agile接收機(jī)，在考慮靈敏度限制及保護(hù)帶消耗的同時(shí)，非連續(xù)的接入多個(gè)頻譜碎片，進(jìn)而提高接入的靈活性。兩種策略在滿足各認(rèn)知用戶通信需求的同時(shí)，有效降低了系統(tǒng)中斷概率，提高了資源利用率，仿真結(jié)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(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中以效率最大化為目標(biāo)的動(dòng)態(tài)頻譜共享問(wèn)題。由于頻譜碎片的存在，認(rèn)知用戶選擇接入空閑信道時(shí)，通過(guò)插入保護(hù)頻帶的方法來(lái)消除跨頻干擾。即在選擇接入時(shí)，以保護(hù)

5、帶資源的消耗為代價(jià)換取可達(dá)速率。此時(shí)，接入問(wèn)題可歸結(jié)效率優(yōu)化問(wèn)題，即研究如何以最小的保護(hù)帶消耗獲得最大的可達(dá)速率。該問(wèn)題為典型的整數(shù)組合優(yōu)化問(wèn)題，傳統(tǒng)的遍歷搜索算法復(fù)雜度太高。這里基于經(jīng)典的計(jì)算機(jī)內(nèi)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(jìn)算法，以不同程度地減少傳統(tǒng)遍歷算法的搜索次數(shù)，從而改善算法復(fù)雜度。最后，通過(guò)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(fù)雜度和效率之間做出不同程度的折中，為不同的實(shí)際應(yīng)用需