認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)MAC層頻譜感知與頻譜接入問題研究.pdf

1、無線通信技術(shù)在近些年的快速發(fā)展帶來了對(duì)頻譜資源需求的增長，而可用的頻譜資源總量是一定的，其在未來會(huì)面臨日益緊缺的境況，也因此得到了廣泛關(guān)注。然而對(duì)于頻譜資源的利用方式，還停留在固定劃分的機(jī)制，顯然這已經(jīng)成為了制約提升頻譜資源利用率的瓶頸。另外，目前仍存在一定量的頻譜并未得到充分利用，例如偏遠(yuǎn)地區(qū)的電視頻段等等，這種浪費(fèi)情況也非常常見。一些機(jī)構(gòu)和研究單位（如FCC）開始尋找頻譜資源高效利用的途徑。
　　近年來提出的認(rèn)知無線電技術(shù)是很

2、好的解決方案。它的核心是讓授權(quán)用戶與其他用戶一起共享頻譜資源。這需要無線用戶裝備能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化而進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整各種網(wǎng)絡(luò)接入?yún)?shù)的能力。在過去的幾年中，認(rèn)知無線電技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，其理論知識(shí)也逐漸被構(gòu)建完善。我們則重點(diǎn)研究了其中的MAC層關(guān)鍵技術(shù)問題，主要從三個(gè)方面展開。首先是頻譜感知技術(shù)，這是具備認(rèn)知能力的最核心最基礎(chǔ)的功能，通過它可以得知頻譜的使用狀態(tài);然后是頻譜接入方面的研究，在檢測(cè)到空閑機(jī)會(huì)頻譜之后，需要調(diào)整相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參

3、數(shù)進(jìn)行頻譜接入，如此才能提升頻譜資源的利用率;最后我們創(chuàng)新地提出將二者相結(jié)合的思路進(jìn)行研究，將二者中影響與制約頻譜資源利用率、對(duì)授權(quán)用戶的干擾和能量損耗等的因素進(jìn)行綜合考量，提出更有整體意義的研究思路。本文的主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新點(diǎn)如下。
　　1.我們提出了一種可選檢測(cè)周期的頻譜感知優(yōu)化算法SSPO，每個(gè)次用戶可以根據(jù)檢測(cè)到的信道狀態(tài)的不同來運(yùn)用不同的周期進(jìn)行頻譜檢測(cè)。以往的大多數(shù)研究中均是考察固定檢測(cè)周期的優(yōu)化，這種方式可以處理頻譜資源

4、利用率和對(duì)授權(quán)用戶的干擾二者之間的權(quán)衡，卻很少有研究考慮到次用戶在進(jìn)行頻譜感知和數(shù)據(jù)傳輸過程中的能量損耗。而作為實(shí)際的認(rèn)知無線電系統(tǒng)，次用戶往往是能量有限的終端設(shè)備，選用可選檢測(cè)周期的機(jī)制相比傳統(tǒng)的固定檢測(cè)周期機(jī)制，極大地促進(jìn)了處理頻譜資源利用率和能量損耗之間權(quán)衡問題的靈活性。通過分析和實(shí)驗(yàn)證明，在同樣的能量約束條件下，SSPO能夠比固定檢測(cè)周期算法獲得約22.8％的頻譜利用率;而在同樣的頻譜資源利用率的情況下，SSPO要比固定檢測(cè)周期

5、的能耗降低約20.6％。
　　2.設(shè)計(jì)了一種多用戶的頻譜分配與多信道的頻譜分享機(jī)制。以往的研究大多是分開研究頻譜分配問題或頻譜共享問題，而很少有文章將二者結(jié)合在一起，但這種多用戶多信道的系統(tǒng)才是最接近于實(shí)際系統(tǒng)的，因此將頻譜分配與頻譜共享在一起研究有其現(xiàn)實(shí)意義。我們創(chuàng)新地將次用戶的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體驗(yàn)作為了優(yōu)化目標(biāo)，引入了干擾概率來分析對(duì)授權(quán)用戶的干擾狀況，并運(yùn)用排隊(duì)論進(jìn)行分析和研究了優(yōu)化次用戶平均數(shù)據(jù)傳輸率的方法。
　　3.針對(duì)存

6、在不同優(yōu)先級(jí)等級(jí)的次用戶的CR系統(tǒng)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)頻譜接入策略。在以往的研究中僅僅考慮在發(fā)生頻譜切換時(shí)，次用戶與授權(quán)用戶二者之間的關(guān)系。我們創(chuàng)新地根據(jù)不同服務(wù)需求類型將次用戶進(jìn)行劃分，如此可以使得研究成果更有普遍和實(shí)際的意義。我們對(duì)授權(quán)用戶、高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)次用戶的用戶行為分析模型。抽象成多維馬爾科夫鏈模型，通過分析穩(wěn)定狀態(tài)變換找出影響兩類次用戶阻塞概率與跳出概率的因素，這也是影響頻譜接入性能的重要因素。并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)。