認(rèn)知無線電系統(tǒng)的頻譜分配算法研究.pdf

1、無線頻譜的緊缺是限制無線通信與服務(wù)應(yīng)用持續(xù)發(fā)展的瓶頸.認(rèn)知無線電(Cognitive Radio)技術(shù)被認(rèn)為是解決無線頻譜緊缺問題的一種新方法.認(rèn)知無線電技術(shù)是無線移動(dòng)通信領(lǐng)域的一種革命性技術(shù),無線用戶利用該技術(shù)可以智能地感知周圍環(huán)境,搜索可用頻譜資源,并進(jìn)行動(dòng)態(tài)的頻譜接入,從而提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率. 目前,利用認(rèn)知無線電技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻譜接入有兩種情況.一種是在免執(zhí)照 (Unlicensed)的開放頻段動(dòng)態(tài)共享該段頻譜

2、,如2.4GHz的無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network,WLAN)和IEEE 802.16h/g的無線城域網(wǎng)(Wireless Metropolitan.Area. Network,WMAN);另一種是擇機(jī)(opportunistic)地使用已授權(quán)(licensed)給其他系統(tǒng)的頻段,如IEEE 802.22無線區(qū)域網(wǎng)(Wireless Regional Area Network,WRAN),其用戶擇機(jī)使用

3、已授權(quán)于數(shù)字廣播頻譜.第二種方式涉及到對授權(quán)頻段使用的感知以及對授權(quán)用戶的干擾避免,是認(rèn)知無線電的重點(diǎn)和難點(diǎn). 本文主要針對動(dòng)態(tài)頻譜接入的認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一--動(dòng)態(tài)頻譜分配算法進(jìn)行了較為深入的研究.文中分析和總結(jié)了兩種動(dòng)態(tài)頻譜接入情況下的頻譜分配模型,包括基于圖論著色理論的分配模型,基于博弈論的分配模型以及基于經(jīng)濟(jì)學(xué)拍賣理論的分配模型,并介紹了認(rèn)知無線電系統(tǒng)中衡量干擾的一個(gè)重要模型--干擾溫度模型.然后重點(diǎn)研究了圖論

4、著色模型和干擾溫度模型. 本文首先對基于圖論著色模型的各種分配算法進(jìn)行總結(jié),在此基礎(chǔ)上提出了并行頻譜分配算法.并行算法與原算法相比,在獲得相同或相近性能的同時(shí)降低了頻譜分配的時(shí)間開銷,適應(yīng)了認(rèn)知無線電系統(tǒng)快變的環(huán)境.然后分析了圖論著色模型下頻譜分配對系統(tǒng)需求的滿足情況,并引入需求因子,提出了基于需求的改進(jìn)算法,通過仿真分析表明,改進(jìn)算法能夠更好的滿足系統(tǒng)需求. 本文然后基于干擾穩(wěn)定模型提出了分級頻譜共享的概念,并對分級頻

5、譜共享的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),通信機(jī)制等方面進(jìn)行了初步研究,而且提出了該架構(gòu)下可用頻譜資源的確定方法.通過仿真分析表明,分級頻譜共享能夠擴(kuò)展可用的頻譜資源,進(jìn)一步提高認(rèn)知無線電系統(tǒng)的頻譜利用率.認(rèn)知無線電技術(shù)是近年來無線通信領(lǐng)域的革命性技術(shù)之一,目前大多數(shù)研究主要集中于利用該技術(shù)解決無線頻譜緊缺的問題.動(dòng)態(tài)頻譜分配算法是認(rèn)知無線電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù).本文在分析總結(jié)了多個(gè)頻譜分配模型的基礎(chǔ)上,在圖論著色模型下提出了并行頻譜分配算法和基于需求的改進(jìn)算法,前