动态频谱管理综述.pdf

认知无线电中的动态频谱管理1.国际频谱管理发展状况概述美国对频谱管理技术的研究由来已久，其大部分相关项目由联邦通信委员会(FCC)负责。对欧洲的频谱分配而言，欧盟委员会追求的是能够根据业务需求实现动态分配频段的目标，并据此提出了“高级频谱管理的理念。在亚洲，日本政府正准备采取更为开放的频谱管理策略，使用免授权的形式将部分频谱发放给用户．通过CR和SDR等多种技术手段实现用户的频谱共享。在韩国，现阶段9O％左右的频谱资源都是通过政府的分配和控制进行管理的。近年来．韩国政府引入灵活接入的共用频谱概念来进行频谱分配并重新调整频谱管理法规以应用市场机制。美国FCC频谱政策任务组对未来频谱管理的基本模式做了新的战略规划，将运用了许多创新技术如DSA和UWB等来实现更有效的频谱管理。其中，动态频谱接入(DSA)技术，术包括智能天线／多输入多输出(MIMO)、正交频分复用／正交频分多址接入(OFDM／OFDMA)技术以及认知无线电(CR)技术。2.基于认知无线电技术的动态频谱接入实施动态频谱接入(DynamicSpectrumAccess。DSA)，对于频谱管制者而言可以大大增加可用频谱数量，提高频谱利用率；对于频谱持有者(授权用户)而言可以在不影响自身的前提下开发二级频谱市场，增加经济效益；对用户而言可以带来更多带宽和接入机会。它对传统的频率管理体制和频谱使用策略提出新的挑战，其中不仅仅涉及到技术问题，由此引发的对包括频谱管理机构、网络运营商、设备制造商以及终端用户等产业链各环节的深远影响才初露端倪。目前，CR和超宽带(Ultra—wideband．UWB)是DSA的两种主要实现方法。二者的设计理念不同，但都可实现频谱的动态共享，提高频谱资源利用率。实施DSA的关键技术包括：频谱检测，频谱管理，动态频谱共享，频谱切换。3.认知无线电的关键技术研究认知无线电的关键问题较多，主要有频谱环境的感知、干扰温度、频谱汇聚共享、动态频谱管理等方面。动态的频谱管理是指根据需要接入到频谱的节点数目及其服务要求将频谱分配给一个或多个指定节点。主要包括可用频谱的辨认与描述、频谱可用性的持续时间以及频谱分配。其主要目的是通过一个自适应策略有效的利用RF频谱。因为CR网络要实现完全的动态分配受到很多政策、标准及接入协议的限制，所以其对于动态频谱分配(dynamicspectrumallocation，DSA)的研究主要是基于频谱共享池(spectrumpooling)的策略。频谱共享池的基本思想是将一部分分配给主要用户的授权频谱合并成一个公共的频谱池，并将整个频谱池划分为若干个子信道，因此信道是频谱分配的基本单位。基于频谱共享池策略的DSA实质上是一个受限的信道分配问题，以最大化信道利用率为主要目标的同时考虑干扰的最小化和接人的公平性。4.认知无线电技术在电磁频谱管理中的应用研究随着无线电技术的飞速发展和广泛应用，使得有限频谱资源和猛增的需求间的矛盾日益突出。传统静态的频谱分配方式使得没有得到授权的用户不能利用授权频段，资源浪费严重。这种静态的频谱管理方式，大大限制了频谱的使用效率，使得无线资源本身的匮乏以及对它使用不合理的问题越来越突出。认知无线电(CR，CognitiveRadio)是一种能够对它所处的电磁环境进行实时监测，寻找到空闲频谱，并根据需求实时调整传输参数的智能无线电。它以某种“伺机方式”接入已授权的频谱，通过动态频谱共享(DSS，DynamicSpectrumSharing)来提高无线频谱的利用效率，而不影响拥有授权频段授权用户（PrimaryUser）的工作。CR技术为频谱管理提供了一条崭新的思路，突破传统频谱授权指配的方式。具有CR功能的网络单元，不需要频谱管理部门预先分配频谱，它通过各单元的频谱感知，在复杂时变的电磁环境中寻找适宜的频谱，并通过认知推理，学习网络标准和规则，动态共享频谱，建立通信。既有效避免干扰的发生，又提高了频谱利用率，达到频谱管理的智能化与自适应性。5.认知无线电思想在ZigBee无线传感器网络中的应用认知无线电概念最早由瑞典的JosephMitola博士提出，是对软件无线电(SDR)的进一步扩展。FCC(美国无线电委员会)认为，CR是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电。研究当前主要文献可知，CR应该具备进行频谱感知、频谱分析、频谱判决选择的认知功能，并且可以根据外部环境对自身的无线传输参数进行实时重构，以充分、合理地利用“空洞”，但不能对频谱授权用户造成有害干扰。目前，CR实现动态频谱管理的方法主要有两种：一种是采用OFDM技术，在不产生干扰的基础上工作；另一种是采用超宽带UWB技术，在低于某个预定的、可接受的干扰噪声下进行工作。这两个方向的研究大都基于物理层对频谱进行动态管理。事实上，研究工作不仅可以在