基于模糊邏輯和通信優(yōu)先級(jí)的頻譜分配算法.pdf

1、摘要頻譜是無線通信所需的珍貴資源，傳統(tǒng)的無線頻譜管理方式使得頻譜的利用率較低，而認(rèn)知無線電技術(shù)被認(rèn)為是解決這個(gè)問題的有效方法。動(dòng)態(tài)頻譜分配是認(rèn)知無線電中的關(guān)鍵技術(shù)，它能對(duì)頻譜資源中的空閑頻譜實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理，提高頻譜資源的利用率。本文在可用空閑頻帶數(shù)量少于認(rèn)知用戶數(shù)量的前提下，采用集中式的頻譜分配模型，研究并給出了兩個(gè)利用模糊邏輯進(jìn)行頻譜分配的改進(jìn)算法。第一種算法將認(rèn)知用戶基站的信號(hào)覆蓋面積問題轉(zhuǎn)化成對(duì)每個(gè)認(rèn)知用戶通信優(yōu)先級(jí)進(jìn)行劃分的問題，

2、基于認(rèn)知用戶的頻譜利用率、移動(dòng)速度、認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)與主用戶接收機(jī)的距離，設(shè)計(jì)三輸入的模糊邏輯系統(tǒng)進(jìn)行模糊邏輯運(yùn)算，計(jì)算出每個(gè)認(rèn)知用戶的頻譜接入概率。認(rèn)知用戶的通信優(yōu)先級(jí)與其頻譜接入概率之積定義為認(rèn)知用戶基站收益，頻譜分配的目標(biāo)是使認(rèn)知用戶基站收益最大化。該算法取得的分配結(jié)果能最大化認(rèn)知用戶基站收益，計(jì)算復(fù)雜度較低。仿真證實(shí)了該方法的可行性。另外，當(dāng)主用戶系統(tǒng)對(duì)認(rèn)知用戶系統(tǒng)的頻譜使用采用頻譜租賃策略時(shí)，為使主用戶在租賃授權(quán)頻帶時(shí)獲得較大收

3、益，并保證主用戶的QoS，提出了利用首價(jià)密封拍賣和模糊邏輯進(jìn)行頻譜分配的算法。第二種算法中，認(rèn)知用戶頻帶分配函數(shù)是表示認(rèn)知用戶是否獲得空閑頻帶的二值函數(shù)，取值為l和0，取值為1表示該認(rèn)知用戶獲得了空閑頻帶，取值為0表示該認(rèn)知用戶未獲得空閑頻帶?？臻e頻帶的最低租賃收益由主用戶基站規(guī)定。認(rèn)知用戶首先根據(jù)空閑頻帶的最低租賃收益、認(rèn)知用戶發(fā)射功率、數(shù)據(jù)包到達(dá)率建立估價(jià)函數(shù)，獲得對(duì)該空閑頻帶的預(yù)期收益，再向認(rèn)知用戶基站提交自己對(duì)該空閑頻帶付出的通

4、信成本；二輸入的模糊邏輯系統(tǒng)根據(jù)認(rèn)知用戶發(fā)射功率、認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)與主用戶接收機(jī)之間的距離這兩個(gè)物理因素，對(duì)每個(gè)需要接入該空閑頻帶的認(rèn)知用戶進(jìn)行干擾因子的計(jì)算：然后，把認(rèn)知用戶通信成本減去其干擾因子的差定義為該認(rèn)知用戶的通信優(yōu)先級(jí)；主用戶基站總收益定義為每個(gè)認(rèn)知用戶頻帶分配函數(shù)與其對(duì)應(yīng)的通信優(yōu)先級(jí)之積的累加。頻譜分配的目標(biāo)是使主用戶基ABSTRACTSpectrumasapreciousresourceisneededforwireles

5、scommunicationsWhentakingthetraditionalwayofradiospectrummanagement，thespectrumutilizationislowCognitiveradiotechnologyisconsideredtobeaneffectivewaytosolvethisproblemDynamicspectrumallocationisakeytechnologyofcognitiver

6、adio，itcanmakedynamicmanagementofidlespectruminspectrumresource，andprovidesaneffectivewayforusingthespectrumresourceefficientWetakecentralizedspectrumallocationmodelandintheconditionthatthenumberofidlespectrumbandsisless

7、thanthenumberofcognitiveusersTwonovelalgorithmsofspectrumallocationbasedonfuzzylogicarepresentedinthispaperSignalcoverageareaofthecognitiveradiobasestation(CRBS)istransformedintoeachcognitiveuser’Strafficprioritytobedivi

8、dedinthefirstalgorithmTakingintoaccountthecognitiveuser’Sspectrumutilizationefficiencyvelocityandthedistancebetweentheprimaryuser’Sreceiverandcognitiveuser’Stransmitter，wedesigna3inputfuzzylogicsystem(FLS)toconductfuzzyl

9、ogicoperationforspectrumaccessprobabilityofeachcognitiveUserTheCR—BSrevenueisdefinedastheproductofeachcognitiveuserspectrumtrafficpriorityandspectrumaccessprobabilityThegoalofthespectrumallocationalgorithmistomaximizethe

10、CR—BSrevenueTheresultsachievedofthealgorithmcanmaximizetheCRBSrevenueThecalculationcomplexityofouralgorithmislowSimulationconfirmedthefeasibilityofthisalgorithmInaddition，whentheprimaryusersystemusingspectrumleasingstrat

11、egyforthecognitiveusersystem，inordertogainhighrevenueandensuretheprimaryuser’SQoS，thesecondalgorithmwillusethesealedfirstpriceauctionandfuzzylogictoallocatespectrumbandsInthesecondalgorithm，thecognitiveuser’sspectrumallo