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(shù)。認知無線電技術(shù)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框架，使未獲得無線頻譜管理組織授權(quán)的用戶具有智能化辨識及使用空閑授權(quán)頻譜的能力。因此，認知無線電技術(shù)能夠解決無線通信的頻譜資源越來越緊缺的現(xiàn)狀，以及授權(quán)頻段的頻譜利用率較低的事實。國內(nèi)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(jīng)成為研究的熱點。本文在國家自然科學(xué)基金項目的支持下，針對認知無線電網(wǎng)絡(luò)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(shù)目的頻譜接入算法。次要（非授權(quán)）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(jù)停止理論選擇最佳數(shù)量的授權(quán)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(jù)停止

3、理論確定的最佳信道數(shù)量，以及采用該頻譜接入算法時網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。仿真結(jié)果表明，與固定信道數(shù)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(wǎng)絡(luò)的吞吐量至少提高34.1％，并且與理論分析結(jié)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(yù)留機制的頻譜接入算法。網(wǎng)絡(luò)中的次要用戶根據(jù)授權(quán)信道的利用率，選擇在不干擾授權(quán)用戶正常使用的情況下一次能傳輸最大業(yè)務(wù)量的空閑授權(quán)信道通信，同時進行信道預(yù)留。當授權(quán)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(yù)留的信道上繼續(xù)通信，既不干擾授權(quán)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(wǎng)絡(luò)的飽和吞吐量，仿真結(jié)果表明，與不預(yù)留信道的機制相比，由于采用了預(yù)留機制，本文提出的頻譜接入方法能夠使網(wǎng)絡(luò)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(jù)對多個授權(quán)信道

5、的感知結(jié)果，在信道利用率最低的空閑授權(quán)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(shù)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(xiàn)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(jù)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(jié)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