认知无线电系统中频谱分配综述.docx

《认知无线电系统中频谱分配综述》总结
2009年第3期电信1101臧瑞真
（一）、摘要：问题：现有的频谱利用率效率很低需要改善。分析：通过分析频谱分配的特点对频谱分配技术进行分类，根据频谱分配原则选择合适的频谱分配方式。解决方法：根据频谱分配问题建立合适的频谱分配模型。
（二）、提出问题：频谱资源的匮乏和目前固定分配频谱利用率较低不能满足用户的需求。
（三）、分析问题：
（1）基本途径：1、提高频谱利用率，将已授权用户的频谱资源充分利用，减少浪费。2、提高系统通信效率，将授权频谱资源和其他资源综合优化分配，进而提高利用率。
（2）频谱分配技术的分类
按性质分类按分配方式分类静态频谱分配：定义优点缺点结论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的频谱资源。简单、系统开销小分配不灵活在实际应用中，按不同性质分类的频谱分配技术往往混合使用，例如，一个频谱分配算法可能采用合作的分布式动态频谱分配方式。动态频谱分配指系统：指系统能够通过一个自适应策略有效的利用频谱资源，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。自适应策略、增大系统容量、提高频谱利用率？不稳定混合式频谱分配：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，又不失灵活性保持了静态分配特点不失灵活性？复杂、系统开销大按网络结构分类集中式频谱分配：网络小区中存在一个中心实体（如基站等），完成对小区各用户的频谱分配。区别与联系有中心实体都属于合作式分配分布式频谱分配：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。无中心控制节点也存在合作式的频谱分配按合作方式分类合作式频谱分配：小区中的各节点相互合作，节点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。频谱利用率高非合作式频谱分配：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。自私用户、频谱利用率低（3）认知无线电频谱分配的原则：
1、保证灵活性。目的：增强频谱退避和切换功能。
2、提高系统性能。目的：使系统性能的改善或逼近与最优状态。
3、减小信令开销和计算量：频谱分配算法的设计必须考虑用户间及用户与中心控制器之间控制信令的复杂程度，分布于用户或者中心控制器上的算法计算量也是需要考虑的一个问题。
（四）、解决方法：认知无线电中的频谱分配模型---基于经典的数学理论以及微观经济学理论
（1）基于图论的频谱分配模型
基于图论的分配模型中规定了空闲矩阵、效用矩阵、干扰矩阵和分配矩阵四个基本矩阵四个基本模型，在认知无线电系统的频谱分配研究中，将认知用户组成的网络拓朴结构抽象成图，来表示和分析认知用户与主用户之间的使用频谱的关系，进而提高频谱利用率。

图1是一个认知无线电系统的网络拓扑结构图例。
工作原理：图中的每一个顶点代表一个无线用户，每一条边表示一对顶点间存在冲突或者干扰。如果图中的某两个顶点有一条边连接，则假定这两个节点不能同时使用相同的频谱。另外，将每一个顶点与一个集合相关联，这个集合代表该顶点所在区域位置可以使用的频谱资源。由于每个顶点地理位置不同，因而不同顶点所关联的资源集合是不同的。
图例解析：图1是一个认知无线电系统的网络拓扑结构图例。图中的五个顶点1~5代表五个不同的认知用户，A、B、C为三个不同的信道，I~IV为四个主用户，他们使用的授权频段分别是信道A、信道B、信道C和信道C。图1中圆圈表明了主用户的覆盖范围，信道X代表主用户的工作频段，可知主用户覆盖范围内的认知用户的关联频段集合中都不包括主用户的工作频段。例如节点2位于授权用户IV（使用工作频段C）的干扰范围内，信道C对节点2是不可用的。每个节点不同的关联信道集合表明了用户可用的频段集合。例如，在图1中顶点1的可用信道是（B，C），顶点2的是（A，B）。
补充:1、认知无线电用户使用授权频段的前提是：如果当前信道被主用户使用，则为了避免对主用户的干扰，这个信道不能被附近的认知用户使用。
2、主用户工作在不同的功率下，其通信覆盖范围不同。在主用户的覆盖区域内如果存在使用相同频段的认知用户，就必然会对主用户带来不可忍受的干扰，导致系统性能的急剧下降。因此从干扰规避上考虑，在主用户I~IV的干扰范围内的认知无线电用户不能使用相同频率。
（2）基于博弈论的频谱分配模型
博弈论模型适用于分析认知无线电系统各用户竞争频谱的分布式行为，各用户根据自己获得的信息单独进行决策。
假设1、用信干比描述用户所收到的干扰情况，信干比方程如下：

Pi是发射机i的发射功率，Gij是发射机i和接收机j之间的链路增益，对