認知無線電動態(tài)頻譜接入與路由算法研究.pdf

1、認知無線電（Cognitive Radio，CR），又被稱為感知無線電，是近年來興起的無線通信新技術。認知無線電技術能夠動態(tài)感知周圍的無線環(huán)境中的頻譜使用機會，通過重組無線網絡系統(tǒng)框架，使未獲得無線頻譜管理組織授權的用戶具有智能化辨識及使用空閑授權頻譜的能力。因此，認知無線電技術能夠解決無線通信的頻譜資源越來越緊缺的現狀，以及授權頻段的頻譜利用率較低的事實。國內外已有的研究成果表明，認知無線電具備極高的頻譜使用效率，代表著未來發(fā)展的新方

2、向，在國際上已經成為研究的熱點。本文在國家自然科學基金項目的支持下，針對認知無線電網絡中的動態(tài)頻譜接入算法以及路由算法進行研究，主要的研究工作和創(chuàng)新點包括以下幾個方面：
　　 首先，提出了一種采用停止理論來獲取感知信道數目的頻譜接入算法。次要（非授權）用戶通過交互控制幀的方式競爭接入信道的機會，成功競爭到接入機會的每對次要用戶根據停止理論選擇最佳數量的授權信道來感知，此后利用其中的空閑信道通信。同時從理論上計算出次要用戶根據停止

3、理論確定的最佳信道數量，以及采用該頻譜接入算法時網絡的吞吐量。仿真結果表明，與固定信道數目的感知方法相比，采用停止理論的頻譜接入算法可以將網絡的吞吐量至少提高34.1％，并且與理論分析結果相一致。
　　 其次，提出了一種利用最優(yōu)空閑信道通信并采用信道預留機制的頻譜接入算法。網絡中的次要用戶根據授權信道的利用率，選擇在不干擾授權用戶正常使用的情況下一次能傳輸最大業(yè)務量的空閑授權信道通信，同時進行信道預留。當授權用戶要占用次要用戶正

4、在使用的信道時，次要用戶將頻率迅速切換到預留的信道上繼續(xù)通信，既不干擾授權用戶的使用，又避免了次要用戶通信的被迫中斷。該算法還能解決“隱藏”終端和“暴露”終端的問題。同時從理論上分析了采用該頻譜接入算法時網絡的飽和吞吐量，仿真結果表明，與不預留信道的機制相比，由于采用了預留機制，本文提出的頻譜接入方法能夠使網絡的吞吐量提高129.6％。
　　 最后，提出了一種基于頻譜樹的認知無線電路由算法。在該算法中，次要用戶根據對多個授權信道

5、的感知結果，在信道利用率最低的空閑授權信道組建頻譜樹。為減小單個根節(jié)點的負載，選擇多個能感知到相同空閑信道數量的次要用戶作為根節(jié)點。在樹的形成過程中，由多個根節(jié)點同時發(fā)起形成頻譜樹，因此會形成多棵頻譜樹，實現了將用戶節(jié)點分布于多棵頻譜樹的目的，有效降低了每棵樹的根節(jié)點負載。根據頻譜樹以及基于最小時延的路由度量標準，建立路由以完成次要用戶間的通信，同時提供了高效的路由維護機制。仿真結果表明，該方案可以在保持開銷基本不變的情況下，大大減小高