認知無線電中頻譜聚合技術(shù)及其資源調(diào)度的公平性研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，有限的頻譜資源成為無線通信技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題。認知無線電作為一種智能無線電技術(shù)打破了這一瓶頸問題，它是解決現(xiàn)有頻譜資源緊張的關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，認知無線電技術(shù)日漸成熟，目前 IEEE802.22工作組已將認知無線電技術(shù)作為無線區(qū)域網(wǎng)WRAN的物理層和MAC層空中接口的標準。頻譜聚合技術(shù)于2006年首次提出，該技術(shù)提出以來受到廣泛關(guān)注，其通過對空閑頻譜碎片的合理利用為用戶提供必要的業(yè)務(wù)支持。隨著寬帶無線

2、通信的迅速崛起，現(xiàn)有的頻段中很難找到滿足IMT-A(International Mobile Telecommunications-Advanced)所要求的連續(xù)100MHz帶寬，所以在LTE-A系統(tǒng)中開始研究一種特殊的頻譜聚合技術(shù)，即載波聚合技術(shù)。載波聚合技術(shù)通過對多個基本載波的聚合使用，解決了LTE-A系統(tǒng)對頻譜資源的需求。載波聚合只是頻譜聚合的一種特例，實際上頻譜聚合技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。在頻譜聚合條件下，各個頻段的間隔可能很大，頻

3、譜段之間存在其他通信系統(tǒng)的可能，因此頻譜聚合要求聚合后的信號保證不對其他通信系統(tǒng)造成干擾。在認知無線電環(huán)境中，認知用戶在不影響授權(quán)用戶通信的情況下，可以機會式的占用授權(quán)用戶的信道。值得指出的是，頻譜聚合對系統(tǒng)間干擾的要求與認知無線電的特點不謀而合。因此本課題將認知無線電技術(shù)與頻譜聚合技術(shù)相結(jié)合，在無線區(qū)域網(wǎng)的頻譜范圍內(nèi)，利用認知無線電的認知能力，達到與電視廣播業(yè)務(wù)共存的目的，從而在避免干擾的前提下，保證認知用戶對寬帶業(yè)務(wù)的需求，最大限度

4、的提升頻譜利用率。
　　首先，本文針對短時間內(nèi)一段頻譜上授權(quán)用戶工作頻段比較固定的情況，提出了一種適用于認知無線電的靜態(tài)頻譜聚合算法。該算法以現(xiàn)有的兩類頻譜聚合算法為基礎(chǔ)，一類是以接入空閑頻段的認知用戶個數(shù)為優(yōu)化目標的算法，另一類是以頻譜利用率為優(yōu)化目標的算法。靜態(tài)頻譜聚合算法同時兼顧以上兩類算法的優(yōu)化目標，在確保頻譜利用率的前提下，允許更多的認知用戶接入空閑頻譜。仿真結(jié)果表明，與另兩種算法相比所提出的靜態(tài)頻譜聚合算法，在頻譜跨度

5、，空閑頻段個數(shù)和子載波個數(shù)最大值變化的影響下，都能保證較高的頻譜利用率，使接入空閑頻譜的認知用戶個數(shù)最大化。
　　其次，當授權(quán)用戶隨機出現(xiàn)時，所提出的頻譜聚合算法要考慮授權(quán)用戶工作頻段不固定帶來的影響，即認知用戶在聚合頻譜的同時要涉及頻譜切換的因素。所以本文針對無線區(qū)域網(wǎng)內(nèi)授權(quán)用戶工作頻段隨機的復雜情況，提出了一種頻譜聚合中的混合式切換策略。根據(jù)對現(xiàn)有的認知無線電頻譜切換的分析和總結(jié)，混合式切換策略吸取了主動式頻譜切換策略和反應(yīng)式

6、頻譜切換策略的優(yōu)越性。本文結(jié)合頻譜聚合對頻譜資源的需求特征，建立了混合式切換策略的基本模型，同時歸納出具體的操作步驟。與主動式和反應(yīng)式的切換策略相比，混合式切換策略實現(xiàn)了兩者的切換延時和切換次數(shù)的折中。另外，該切換策略通過候選信道的建立使認知用戶在發(fā)生切換時能立即尋找目標信道，進一步減少切換延時。對于每個認知用戶來說，候選信道要根據(jù)切換概率大小來排序。每次切換發(fā)生時，認知用戶都會選擇切換概率最小的候選信道作為目標信道，以便減少二次切換的

7、發(fā)生。這種優(yōu)良的切換策略和機制對于研究復雜場景下頻譜聚合的性能指標具有重要的意義。
　　最后，本文針對頻譜聚合中由于位置因素引發(fā)的認知用戶對系統(tǒng)資源占用不公平的問題，提出一種頻譜聚合中的位置比例公平調(diào)度算法。資源調(diào)度的公平性是保證認知用戶頻譜聚合公平性的前提。在單一基站下的認知用戶對頻譜資源的占用會因地理位置的變化而改變。離基站較近的位置，可用來聚合的頻譜資源較多；處于基站頻率覆蓋邊緣的位置，可用來聚合的頻譜資源較少。本文在頻譜聚