基于頻譜感知的MAC層參數(shù)優(yōu)化的研究.pdf

1、為了提高頻譜資源的利用率，認(rèn)知無線電（CR: Cognitive Radio）已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。認(rèn)知用戶（即次用戶）通過動態(tài)頻譜接入的方法與授權(quán)用戶（即主用戶）共享頻譜資源，同時(shí)認(rèn)知用戶通過對頻譜周期性的檢測來發(fā)現(xiàn)可利用的空閑頻譜。為了避免對授權(quán)用戶的干擾，頻譜感知的性能則至關(guān)重要。在充分保護(hù)授權(quán)用戶通信基礎(chǔ)上，最大化認(rèn)知系統(tǒng)對頻譜的利用率是本文的研究重點(diǎn)。
　　 本文介紹了認(rèn)知系統(tǒng)模型中頻譜檢測的約束條件，研究了基于能量檢

2、測的檢測時(shí)間優(yōu)化算法。以最小化認(rèn)知用戶的平均信道搜索時(shí)間為目標(biāo)對信道搜索檢測時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，且在信道搜索時(shí)間取最短情況下，分析周期檢測時(shí)間來最大化認(rèn)知用戶的頻譜利用率。仿真結(jié)果表明存在最優(yōu)的搜索檢測時(shí)間來最小化信道搜索時(shí)間以及最優(yōu)的周期檢測時(shí)間來最大化頻譜利用率。
　　 在單信道場景下，本文基于認(rèn)知用戶在一個檢測周期內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間的業(yè)務(wù)模型，推導(dǎo)出單用戶單信道與多用戶單信道情況下認(rèn)知系統(tǒng)對頻譜的利用率以及認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶碰撞率

3、的表達(dá)式。在認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶的碰撞率約束下，給出了最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間來最大化頻譜利用率的目標(biāo)函數(shù)。且在單用戶單信道情況下，通過泰勒近似得到最優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間的閉合解；多用戶競爭單信道情況下，考慮到認(rèn)知用戶之間的碰撞，引入MAC 接入技術(shù)來控制認(rèn)知系統(tǒng)接入單個信道的用戶數(shù)。仿真結(jié)果表明存在最優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間使得頻譜利用率最大，且多用戶競爭接入信道時(shí)，MAC 接入技術(shù)可以很好的提高頻譜利用率以及控制認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶的碰撞率，可以折中考慮認(rèn)

4、知系統(tǒng)的頻譜利用率與用戶數(shù)的關(guān)系。
　　 在多信道場景下，假設(shè)多個用戶通過競爭后可以獨(dú)占多個信道，為了利用更多的空閑頻譜，認(rèn)知用戶對所有信道都進(jìn)行周期檢測。本文分析優(yōu)化了檢測周期向量來最大化認(rèn)知用戶對空閑信道的利用率，給出了空閑頻譜利用率的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程。當(dāng)頻譜池為空且認(rèn)知用戶必須切換信道時(shí)，分析了三種不同的信道搜索序列，通過定義開銷時(shí)延比來分析認(rèn)知用戶的信道切換時(shí)延與信道搜索開銷的折中問題。仿真分析表明存在最優(yōu)的檢測周期向量來最