认知无线电中动态频谱访问技术的研究

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随着无线技术的快速发展,人们已经在越来越多的方面享受到了无线通信带来的各种方便,无线应用的急速增多也使得对无线频谱资源的需求量也越来越来大。但是由于大多数频谱资源已经分配给授权用户,尽管研究发现其并未得到充分利用。目前,频谱资源的匮乏已经成为未来无线通信发展的制约因素。由此而引出的认知无线电技术,通过智能的感知周围环境获得可用频谱资源,并进行动态的频谱接入,为解决频谱资源不足以及低频谱资源利用率的局面提供一个行之有效的解决方法。本文首先讲述了认知无线电技术的背景,介绍了其在国内外的研究现状和在各个标准的标准化过程。接下来讲述了认知无线电中的几个关键技术,并分析了动态频谱访问的三个模型,重点讲述了分层接入模型中次要用户如何调度感知及传输行为以使得频谱利用率最高。然后我们根据已有的研究结果,考虑感知及传输都需要消耗能量,提出了一种最小化能量消耗的动态频谱访问策略,对于主要用户信道状态变化为非分时槽情况下,次要用户根据所定义的效用函数来动态调度传输、感知和休息三种行为。和已有工作不同的是,在感知到主要用户信道忙碌状态下,通过对本该休息而进行休息予以奖励反之予以处罚来动态调度感知与休息行为,以解决能量消耗与对主要用户保护之间的折衷问题。通过最大化效用函数的效用值,我们可以得出最优的调度策略。实验表明,相比之前的工作,本文在吞吐量以及与主要用户的碰撞概率相差不大的情况下,极大的降低了信道感知的次数,从而达到节约能量的目的。通过观察发现,有些频段可能在一天中某些时段被主要用户占用,并且占用的时间长度也大致相同,对于这种特殊类型的频谱使用模式,本文在前面所提出的最小化能量消耗的动态频谱访问策略基础上进行了改进。在感知到主要用户信道处于忙碌的状态时,其休息时间长度采用线性退避的方式进行设定,通过实验表明,相比改进前的方法,此方法能够进一步减低信道感知次数,并且对于吞吐量方面的损耗可以忽略不计。
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