认知无线电频谱分配技术及其应用分析(3)

谱浪费，有必要使用动态信道分配，并配合各系统间做流量整合控制，以提高频谱信道使用效率。FCA算法为使蜂窝网络可以随流量的变化而变化提出了信道借用方案（CBS，Channel borrowing scheme），如信道预定借用和方向信道锁定借用。信道借用算法的思想是将邻居蜂窝不用的信道用到本蜂窝中，以达到资源的最大利用。

DCA根据不同的划分标准可以划分为不同的分配算法。通常将DCA算法分为两类：集中式DCA和分布式DCA。集中式DCA一般位于移动通信网络的高层无线网络控制器（RNC，Radio Network Controller），由RNC收集基站（BS，Base Station）和移动站（MS，Mobile Station）信道分配信息，分布式DCA则由本地决定信道资源的分配，这样可以大大减少RNC控制的复杂性，该算法需要对系统的状态有很好的了解。根据DCA的不同特点可以将DCA算法分为以下3种：流量自适应信道分配、再用划分信道分配以及基于干扰动态信道分配算法等。DCA算法还有基于神经网络的DCA和基于时隙打分（TSC, Time slot scoring）的DCA。最大打包（MP，Maximum Packing）算法是不同于FCA和DCA算法的另一类信道分配算法。

RCA是为减轻静态信道中较差的信道环境（深衰落）而随机改变呼叫的信道，因此每信道改变的干扰可以独立考虑。为使纠错编码和交织技术取得所需的QoS，需要通过不断地改变信道以获得足够高的信噪比。

2.3 频谱分配的特点

? 频谱资源

频谱空穴是指分配给授权用户但是在特定时间和地理位置授权用户部分或全部未利用的特定频带。由于授权用户在时域的多样性需求，使得频谱空穴不仅在时间上是动态变化的，而且依赖于授权用户的地理位置，是一种不确定的资源。频谱空穴可由物理层检测、租借等多种方式获得。与传统无线通信相比，频谱空穴提出了一种新的自由度。

? 频谱分配的本质

频谱空穴的新的自由度就决定了认知无线电必须采取动态频谱分配（DSA，Dynamic Spectrum Allocation）才能够通过识别频谱空穴实现CR用户与授权用户的频谱共享。认知无线电在为CR用户进行动态频谱分配时必须满足以下两个条

件：

（1） 实际的CR系统不对授权用户造成有害干扰

（2） 在满足授权用户允许承受干扰能力的条件下存在实际可用的CR系

统

因此这种机会接入频谱的特性决定了认知无线电动态频谱分配的本质就是受限的频谱分配问题，即在CR用户可用频谱根据授权用户占用情况动态变化的条件下，确定哪些CR用户可以接入网络并如何协调这些CR用户优化频谱分配。 1. 频谱分配技术的分类

对频谱资源的分配往往需要考虑系统的应用需要以及系统网络结构等特点，我们对不同的频谱分配技术按性质进行分类，具体如下：

（1） 按分配方式分类

频谱分配技术按分配方式分类一般分为静态频谱分配、动态频谱分配和混合式频谱分配。

静态频谱分配是指按固定的频谱分配表将频谱分配给系统内各用户，用户不能按自身需要改变可获得的频谱资源，这种方式较为简单，系统开销小，但分配不灵活，不能满足用户不断变化的需求。

动态频谱分配是指系统能够通过一个自适应策略有效地（高效率以及可实施）利用频谱资源，满足不同用户对频谱资源的需求，增大系统容量，提高频谱利用率。

混合式频谱分配是指静态频谱分配与动态频谱分配相结合的方式，既保持了静态分配的特点，又不失去灵活性。

在认知无线电中，频谱分配算法设计要求以对可用频谱的检测以及发射功率控制的要求为基础，选择适应无线环境时间裱画特征的频谱分配策略，因此，认知无线电中的频谱分配以动态频谱分配为主。利用动态频谱分配可以提高无线通信的灵活性、信道使用效率，可使主用户和次用户之间避免冲突并公平共享频谱。

（2） 按网络结构分类

频谱分配技术按网络结构分类可分为：集中式频谱分配和分布式频谱分配。 集中式频谱分配指网络小区中存在一中心实体（如基站等），完成对小区各用户的频谱分配。在认知无线电中，要求小区用户能够周期性的检测可用频谱，

将检测结果报告中心实体，中心实体由此生成频谱分配表完成频谱的分配。

分布式频谱分配指网络小区采用分布式结构，无中心控制节点，小区中每一个用户都参与可用频谱的检测和频谱的分配工作，频谱分配结果与节点采用的策略有关。

认知无线电按其自身网络结构特点可采用集中式频谱分配方式或分布式频谱分配方式，目前针对两种方式的研究都较多成绩。

（3） 按合作方式分类

频谱分配技术按合作方式可分为：合作式频谱分配与非合作式频谱分配。 合作式频谱分配指小区中各节点互相合作，节点的频谱分配策略不仅考虑本节点的应用需求，还考虑此策略对其他用户造成的影响[11]。因此，集中式频谱分配都属于合作式分配方式，当然，在分布式网络结构中也存在合作式的频谱分配。

非合作式频谱分配指节点的频谱分配策略只考虑节点本身的需要，这类用户可定义为自私用户，在这类分配方式下，系统的频谱利用率较之合作式分配方式会有所下降。

认知无线电中采用不同合作方式的频谱分配技术主要取决于关键算法的需要以及对系统性能的。

1. 综合以上所述，列出表2-1

表2-1 频谱分配的特点

频谱分配技术的分类 按分配方式分类 动态频谱分配 静态频谱分配 特点 这种方式较比简单，系统开销小，分配不灵活，不能满足用户不断变化的需求。 自适应的利用频谱资源，可以满足不同用户的需求，增大系统容量，提高频谱利用率。 混合式频谱分配 是静态和动态频谱分配相结合的方式，既保持了静态分配的特点，又不失去灵活性。 按网络结构分类 分布式频谱分配 集中式频谱分配 以实体为中心，完成对小区各用户的频谱分配。 无中心控制节点，频谱分配结果与节点采用的策略有关。 按合作方式分类 合作式频谱分配 小区中各节点相互合作，节点的频谱分配策略不仅考虑本节点的应用需求，还考虑此策略对其他用户造成的影响。 节点的频谱分配策略只考虑节点本身非合作式频谱分配 的需要，这类用户可定义为自私用户，在这类分配方式下，系统的频谱利用率较之合作式分配方式会有所下降。

第三章 CR频谱分配方案分析及比较

3.1认知无线电频谱分配问题模型介绍

1. 频谱分配的问题

在运用博弈论解决频谱分配问题时，Nie没有考虑授权用户的存在，使其频谱分配算法的适用性受限；基于图着色理论的频谱分配算法基本都是在信道权值权值归一化的条件下提出的，对于实际的网络无能为力，并且这些算法是以网络整体吞吐量和公平性为目标的，没有考虑到单独CR用户的需求的差异；无控制信道的分配方案符合实际情况，但是中断率较高，不能满足CR系统需求；POMDP虽能够从理论上匹配认知无线电的跨层分配模型，但是由于其本身复杂度较高，所以仍很难应用到实际网络中。限于作者的能力和时间，本文只对基于博弈论和着色理论的两个方面存在的问题进行研究和解决。

采用CR技术实现频谱共享的前提是必须保证对授权用户不造成干扰，而每一个分布式操作的CR用户的功率分配是造成干扰的主要原因，因此需要探索适用于CR技术的分布式功率控制方法。

首先考虑两用户（单个CR用户与授权用户）共享频谱时的功率控制问题。一种可行的方法是将测量到的授权用户接收机信号的本地信噪比（SNR，Signal to Noise Ratio）近似为CR用户与授权用户间的距离，从而相应的调整CR用户的发射功率[3]。此外，Clemens等人提出了一种相对智能的功率分配策略[5]，可将对策论和遗传算法相结合。即采用两用户重复对策理论建模，借助遗传算法来搜索策略空间。这些方法可实现在保证授权用户不受有害干扰的前提下“贪婪”地增加CR用户的发送功率。

对于既存在合作又存在竞争的多址CR系统，为避免多用户的冲突问题，分布式功率控制的研究更为重要。多址CR系统的发送功率控制受到给定的干扰温度和可用频谱空穴数量这两种网络资源的限制。到目前为止，一般主要应用信息论和对策来解决其功率控制的难题。多用户CR系统的功率控制问题首先可看作是一个对策论的问题。若不考虑竞争现象，可看作纯合作对策，这样该问题就简化为一个最优控制理论问题，但限制了问题的许多方面[4]。因此用对策论方法研究的功率控制问题最终被归结为一个非合作对策。目前主流的方法是采用Markov对策进行分析解决。实现功率控制的另一种方法是基于信息论的迭代注

百度搜索“70edu”或“70教育网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，70教育网，提供经典综合文库认知无线电频谱分配技术及其应用分析(3)在线全文阅读。