認(rèn)知無線電mac層與應(yīng)用層仿真軟件

1、認(rèn)知無線電MAC層與應(yīng)用層仿真軟件v1.01第一章第一章認(rèn)知無線電認(rèn)知無線電MACMAC層與應(yīng)用層仿真層與應(yīng)用層仿真軟件軟件1.11.1技術(shù)背景技術(shù)背景隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，頻譜資源變得越來越緊張。目前的頻譜分配制度為固定頻譜分配，將頻譜分為授權(quán)頻段(LFB)和非授權(quán)頻段(UFB)兩類。大部分的頻譜資源被用作授權(quán)頻段（如電視廣播頻段），得到授權(quán)頻段的團(tuán)體或個(gè)人長期獨(dú)占該頻譜使用權(quán)；非授權(quán)頻段的頻譜資源要少的多，一般采用競(jìng)爭方式接入

2、使用。隨著無線通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，非授權(quán)頻段的業(yè)務(wù)量已趨于飽和。另一方面，授權(quán)頻段的頻譜資源利用率卻非常低，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)頻譜策略任務(wù)工作報(bào)告給出的時(shí)間和空間上的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，各種無線系統(tǒng)的總頻譜利用率在10％以下。目前的頻譜管理存在的主要矛盾在于：頻譜使用是動(dòng)態(tài)的，但頻譜分配是固定的；頻譜是稀有資源，但頻譜利用率不高，且存在大量空閑；可分配頻譜少，但頻譜需求量大。導(dǎo)致這些矛盾的根本原因在于固定分配頻譜方案和獨(dú)占頻譜使用權(quán)（即業(yè)務(wù)接

3、入權(quán)或頻譜準(zhǔn)入權(quán)）原則，因此，現(xiàn)階段最實(shí)際的辦法是改變業(yè)務(wù)接入權(quán)或頻譜準(zhǔn)入權(quán)，以開放頻譜使用，提高頻譜使用效率和充分利用空閑頻譜。認(rèn)知無線電(CognitiveRadioCR)技術(shù)就是在這樣一種背景下出現(xiàn)的。它由J.Mitola博士在1999年提出，被認(rèn)為是解決當(dāng)前頻譜缺乏現(xiàn)狀的一個(gè)有效手段。認(rèn)知無線電提供了一種“機(jī)會(huì)方式(OpptunisticWay)”共享和利用頻譜的手段，可以有效地解決問題。認(rèn)知無線電的核心思想就是使無線通信設(shè)備具

4、有發(fā)現(xiàn)“頻譜空穴”并合理利用的能力，所謂“頻譜空穴(SpectrumHoles)”就是在空域、時(shí)域和頻域中出現(xiàn)的可以被利用的頻譜資源。認(rèn)知無線電自出現(xiàn)伊始，就受到國內(nèi)外的強(qiáng)烈關(guān)注。IEEE專門組織了兩個(gè)重要的國際學(xué)術(shù)會(huì)議IEEECrownCom和IEEEDySPAN交流認(rèn)知無線電方面的成果，許多國際期刊如IEEE的重要刊物也都組織了關(guān)于認(rèn)知無線電、動(dòng)態(tài)頻譜接入的專輯。此外，對(duì)于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的開發(fā)，目前已有多個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)正在開發(fā)之中，例如：

5、德國Karlsruhe大學(xué)提出的頻譜池系統(tǒng)、歐盟的E2R項(xiàng)目和DRiVEOverDRiVE項(xiàng)目，美國加州大學(xué)伯克利分校研究組開發(fā)的CVUS系統(tǒng)、美國喬治亞理工學(xué)院寬帶和無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室提出的OCRA項(xiàng)目、美國軍方DARPA的xG項(xiàng)目以及正在標(biāo)準(zhǔn)化的全球首個(gè)基于認(rèn)知無線電技術(shù)的無線區(qū)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.22等。這些系統(tǒng)的開發(fā)，能夠很好的驗(yàn)證認(rèn)知無線電的基本理論，推動(dòng)認(rèn)知無線電關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，并對(duì)在認(rèn)知無線理論、頻譜感知、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)架

6、構(gòu)和協(xié)議設(shè)計(jì)等方面技術(shù)問題的進(jìn)一步地完善提供寶貴的研究成果。國內(nèi)關(guān)于認(rèn)知無線電的研究從2002開始，電子科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)、北京交通大學(xué)等多所高校及一些科研機(jī)構(gòu)紛紛投入到該項(xiàng)目的研究中。2005年，國家“863”面向“十一五”快速啟動(dòng)引導(dǎo)課題資助了“認(rèn)知無線電技術(shù)研究”項(xiàng)目，電子科技大學(xué)、西安電子科技大學(xué)和西安交通大學(xué)聯(lián)合開展了對(duì)認(rèn)知無線電技術(shù)的研究并取得了一些成果。2009年初，國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)在信息技術(shù)領(lǐng)域設(shè)

7、置了“頻譜資源共享無線通信系統(tǒng)”重點(diǎn)項(xiàng)目，北京交通大學(xué)和國內(nèi)的其它一些高校、科研機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)廠商都參與到這個(gè)項(xiàng)目，電子科技大學(xué)等四家單位正在聯(lián)合研制原型系統(tǒng)。國家863計(jì)劃“頻譜資源共享無線通信系統(tǒng)”重點(diǎn)項(xiàng)目的研究目的，是突破頻譜資源共享無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，研究與現(xiàn)有系統(tǒng)共存的寬帶無線通信系統(tǒng)；進(jìn)行頻譜資源共享無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用研究，并在698～806MHz頻段進(jìn)行演示驗(yàn)證；建立動(dòng)態(tài)頻譜共享認(rèn)知無線電MAC層與應(yīng)用層仿真軟件v1.03

8、LLQueueMACWirelssPHYMutichannelLLQueueMACWirelssPHYMutichannelLLQueueMACWirelssPHYMutichannelLLQueueMACWirelssPHYMutichannelLLQueueMACWirelssPHYMutichannel可用信道列表正在利用列表未知信道列表信道信息表ACK表信道申請(qǐng)與答復(fù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)圖1集中式MAC層仿真平臺(tái)系統(tǒng)模型這是一個(gè)典型的次用戶

9、小區(qū)，其中有一個(gè)基站節(jié)點(diǎn)和五個(gè)CR移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。如果節(jié)點(diǎn)之間想要通信，必須首先向基站節(jié)點(diǎn)發(fā)送信道請(qǐng)求。在基站返回可用信道之后，使用該信道與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)通信?；径ㄆ诘母鶕?jù)感知調(diào)度算法向周圍節(jié)點(diǎn)廣播感知任務(wù)，告知每個(gè)節(jié)點(diǎn)所要感知的信道。節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行信道檢測(cè)之后，將相應(yīng)的感知結(jié)果返回給基站?；緯?huì)集中對(duì)信道的可用性進(jìn)行判決，并根據(jù)結(jié)果維護(hù)可用信道列表，未知信道列表等表項(xiàng)。在下一個(gè)感知階段開始時(shí)，根據(jù)這些表項(xiàng)重新發(fā)送感知任務(wù)。如果某節(jié)點(diǎn)有通信請(qǐng)求，基站