认知无线电频谱分配技术及其应用分析

华中科技大学

毕业论文

认知无线电频谱分配技术

题 目：

及其应用分析

认 知 无 线 电 频 谱 分 配 技 术 及 其 应 用 研 究

2010年 月 日

认知无线电频谱分配技术

及其应用分析

摘要

近年来，随着无线通信技术的不断发展，频谱资源的使用日趋频繁，整个无线电频谱空间被划分的所剩无几。然而，从一些研究结果可以看到，频谱资源的缺乏更多是由于对不同无线接入技术的频谱分配不合理引起的。认知无线电技术在这样的背景下应运而生，它能够主动检测频谱使用情况，自适应的改变自身通信参数，择机的选择主用户暂不使用的频段进行通信，具有灵活、频谱利用率高等优点。

但是，对频谱的灵活应用要求认知无线电系统能够准确的检测并动态的分配频谱资源，其间还要为主用户的出现实现退避和切换功能，因此，频谱分配问题是认知无线电无线资源管理中的核心问题之一。目前，对认知无线电中的频谱分配问题研究已较为广泛，出现了基于图论理论等频谱分配问题模型，但是本领域的研究还刚刚开始。

本文首先对CR和频谱分配做简要介绍，主要阐述认知无线电的基本原理、功能，另外，着重介绍了认知无线电中频谱分配技术。然后，对频谱分配问题模型进行分析和比较，最后介绍CR在频谱分配的应用，并对结论和发展进行简单叙述。

关键词：认知无线电、频谱分配、图论理论

Cognitive radio spectrum allocation techniques

And Its Application

Abstract

In recent years, with the continuous development of wireless communications technology, the increasingly frequent use of spectrum resources, the entire radio spectrum is divided into the little remaining space. However, the results can be seen from some of the spectrum is due to lack of resources more different wireless access technologies due to spectrum allocation is unreasonable. Cognitive radio technology emerged in this context, it can take the initiative to detect spectrum use, adaptive changes in their own communication parameters, choose the choice of the main users of the band temporarily used to communicate with a flexible, high spectral efficiency advantages .

However, application requirements and flexible spectrum of cognitive radio system can accurately detect and dynamic allocation of spectrum resources, during which even the appearance of the user to achieve the main retreat and switching functions, therefore, the spectrum allocation problem is the radio resource management in cognitive radio One of the core issues. Currently, cognitive radio spectrum allocation in the wider Wen Ti research has emerged based on graph theory problem of spectrum allocation model, However, we welcome in the field of research has just Kaishi.

This article first CR and a brief description of spectrum allocation, mainly elaborated the basic principles of cognitive radio functions, also highlights the spectrum allocation in cognitive radio technology. Then, on the issue of spectrum allocation model analysis and comparison, and finally introduces the application of CR in the spectrum allocation, and the conclusions and the development of a simple narrative.

Keywords: cognitive radio, spectrum allocation, based on graph theory

目录

摘要 ............................................................................................................................. 2 Abstract ..................................................................................................................... 3 第一章 CR现状及频谱分配的研究现状 ............................................ 5

1.1

CR的现状 ....................................................................................................... 5

1.2 频谱分配的现状..................................................................................................... 6

第二章 CR基本原理和频谱分配技术分析介绍 ............................ 8

2.1认知无线电的基本概念.......................................................................................... 8 2.2认知无线电频谱分配原理...................................................................................... 9 2.3 频谱分配的特点................................................................................................... 11

第三章 CR频谱分配方案分析及比较 ................................................ 15

3.1认知无线电频谱分配问题模型介绍.................................................................... 15 3.2 基于图论着色模型的现有算法........................................................................... 19 3.3 频谱分配算法的比较........................................................................................... 26 第四章 CR频谱分配的应用 ..................................................................................... 28 4.1 应用场景............................................................................................................... 28 4.2 CR典型应用 ......................................................................................................... 29

第5章 结论与展望 ........................................................................................ 34 致 谢...................................................................................................................... 35 参考文献 ................................................................................................................ 36

第一章 CR现状及频谱分配的研究现状

在当今的这个社会快速发展的信息时代，随着无线通信技术的快速发展及无

线业务的逐渐扩展，可用的频谱资源越来越少。日益增加的无线电用户的使用，使得频谱资源越来越紧张，而现阶段使用到的频谱只占所有可用频谱的2%到6%，因此，使用下一代无线服务所需的可用频谱并不短缺。现代无线通信系统中使用频谱资源的分配是由无线电管理机构确定的，目前采用的是基于静态固定定频带分配是当前频谱资源短缺的主要原因之一。而在低于3GHz的频谱的分配和使用过程中发生过激烈的竞争，于此同时在高于3GHz的频谱利用情况上却表现出明显不同，然而我们从时域和空域的两种角度看，还是有很多未被充分利用的空白频段。实际上，现在大多数频域中频谱资源利用率仍然很低，据美国权威机构测定，已经分配的频谱资源中有70%以上没有得到充分的利用，这个数据显然和当前广泛关注的频谱资源短缺相互矛盾，因此，我们需要有一种可以解决的方法使它可以动态管理频谱，而认知无线电就是被认为是一种现阶段解决方案。

1.1 CR的现状

CR技术对现存的无线频谱固定分配制度提出了挑战。对此一些频谱管制部门如FCC和英国通信办公室（Ofcom，Office of Communications）等给予了积极的支持。2002年12月，FCC指出非授权设备应具备能够识别未占用频段的能力；2003年11月，FCC提出新的量化和管理干扰的指标值——干扰温度的概念，以扩展移动动和卫星频段的非授权操作；同年12月FCC成立了CR工作组，明确表示支持CR并修正了美国的《电波法》；2004年5月，FCC又建议非授权无线电可在TV广播频段内操作。与此同时，Ofcom也将CR引入其近期的频谱框架概述报告书中。

在频谱政策管制部门的带动下，一些标准化组织接纳了CR并先后制定了一系列标准以推动该技术的发展。IEEE 802.22工作组对基于CR的无线区域网络（WRAN，Wireless Regional Rrea Network）的空中接口标准正在制定中，目标是将分配给电视广播的VHF/UHF频带的空闲频道有效利用作为宽带访问线路；IEEE802.16第h任务小组通过增强链路路层的感知和协调能力包括基站间协议来实现基于WiMAX的非授权系统及其与授权系统之间的共存和互通；IEEE802.11第h和k任务小组分别通过增强动态信道选择和发送功率控制机制

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