能量有效的認知無線電動態(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,進一步制約了通信技術(shù)的發(fā)展。認知無線電作為下一代無線通信的研究熱點技術(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。認知無線電采用動態(tài)頻譜接入技術(shù)作為核心技術(shù)。動態(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,使認知用戶自適應(yīng)的接入空閑頻段進行通信,從而實現(xiàn)對頻譜資源的靈活分配。
　　本文主要研究動態(tài)頻譜接入過程中的能量效率問題,認知用戶利用頻譜感知獲得信道在任一時刻的狀態(tài)信息,并伺機接入授權(quán)用戶未使用的信道進行通信。認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會,認知用戶需要持續(xù)感知無線頻譜,而持續(xù)感知需要認知用戶的收發(fā)器始終

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

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

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知用戶停止感知進行等待,以達到節(jié)約認知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能量消耗的作用。同時,當認知無線電系統(tǒng)能量效率較高時,認知用戶的行為也將會對授權(quán)用戶造成多方面的影響。認知用戶伺機接入到授權(quán)信道時,與主用戶發(fā)生碰撞,當兩用戶碰撞次數(shù)較大時會嚴重影響主用戶的通信質(zhì)量。因此本文將對認知無線電系統(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),研究認知無線電動態(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)時間馬爾可夫鏈的動態(tài)頻譜接入以及隨機動態(tài)系統(tǒng)中基于攝動分析的梯度優(yōu)化算法。以連續(xù)時間馬爾可夫鏈的動態(tài)頻譜接入策略建模方式為基礎(chǔ),設(shè)計能量有效的認知無線電動態(tài)頻譜接入策略,并對其進行理論建模,定義系統(tǒng)的性能指標,指標主要包括兩用戶之間的碰撞概率和能量效率等等。之后將隨機動態(tài)系統(tǒng)中的攝動分析理論應(yīng)用到認知無線電網(wǎng)絡(luò)中,依據(jù)攝動分析基