在遮蔽衰弱环境下认知无线电网络的高效频谱分配算法.docx

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1、现代空中交通管理课程报告学号：ZY1402111姓名：董鑫学院：电子信息工程学院2014年12月22日在遮蔽衰弱环境下认知无线电网络的高效频谱分配算法这篇文章主要提出了一种综合考虑节点的地理位置和衰落，通信线路的质量，初级网络和次级网络之间的干扰，用户的行为和二级用户间公平性等问题的新型动态频谱分配（DSA）算法。仿真结果显示当使用该算法时，信道利用率达到了一个较高的水平。一、介绍认知无线电技术是一种能够感知它周围的环境，以提供可靠并高效的通信为目标，可以学习和适应它的运行参数的无线电。为了提高分配效率，二级用户将会被允许接入初级用户的频谱。而目前有三种接

2、入频谱的方案：interweave,underlay,overlay。在interweave方案中，SU只能接入当前没有被PU利用的频谱。另一方面，underlay接入方案中，只要SU所引给PU的干扰小于一个门限值，PU和SU就能同时利用同一频带。Overlay方案为了缓和认知无线电中的干扰，在认知信号发送器上运用了一种复杂的编码技术。而本篇文章所提出的算法将采用一种混合interweave和underlay的方案。为了提高频谱分配的效率，应该协调介质访问，介质访问可以被分为两类：DAB和DSA。而DSA能使二级用户接入没有被初级用户充分利用的频谱。其他研

3、究也提出了一些频谱分配的算法，然而他们都没有考虑到一些决定因素。而该篇文章的贡献主要在四个方面：1、处理了由基站控制的次级用户间分享频谱机会的问题。2、在优化问题中考虑了干扰的等级、通信线路可用性的概率和节点的地理位置等因素。3、在算法中综合了interweave和underlay方案，并更倾向于interweave方案。4、当同时给次级用户分配超过一个频道时，考虑到了次级用户节点间的公平性问题。而以上这些方面之前并没有人综合的考虑过。二、网络模型1、网络描述网络的拓扑结构被假设遵从密度为的齐次泊松点过程，因此节点的数量将是一个遵循泊松分布的变量，在网络M

4、中有m个节点的概率为这篇文章所研究的无线频谱包含N个带宽为B的不重叠的频带。而N个不同的初级用户使用这个N个频带。2、通信流量模型假设PU和SU节点的通信流量遵循参数为的泊松到达过程。从数学上讲，流量可以被认为是包含一系列到达时间（T1，T2，…,Tm）的点过程。为了简化系统和提高效率，我们将时间分为小段，而通信会话只能在每个时间段的起点发生。而且，如果没有信道被分配给SU，将会把数据包存入一个本地缓存中，并假设这个缓存是无限大的。三、在遮蔽衰弱环境下节点的连通性这篇文章中，使用了一个简单模型来描绘连通性的特性，即只要一对节点的相互距离小于一个门限就认为他

5、们是连通的。然而，只考虑相互距离并不能决定节点间可以连接的概率，因此，更逼真的模拟无线信道的方法是将由周围环境所导致的随机性纳入考量，这可以被模拟为遮蔽衰弱效应。这种更加准确的物理层的模拟可以使我们在存在链接的概率上面有更精确的数据，并且这种模型也可以提升上层的表现。在给出距离条件下，节点S与D间存在连接的条件概率计算公式如下α为路径损耗指数，σ为遮蔽衰弱下的标准误差，是Q函数，β是衰减门限，SD间的衰减小于β时，就认为这个信道是可以通信的。四、优化问题和算法描述所提出的DSA算法的目的是在保护PU不遭受有害干扰的前提下，通过允许SU接入可用频谱来优化频谱

6、资源。所提出的算法同时也在分配不同的资源时考虑到了PU和SU的活动，地理位置信息，PU和SU节点的相互距离，衰弱，路径损耗以及链接的可靠性。DSA算法可以被认为是一个待解决的线性分配问题，利用库恩-曼克莱斯方法可以得出一个非贪婪且可行的分配解决方案。可以依据图形理论得出这个问题的解释。例如，我们设一系列M的SU和一系列N的通道。SU节点和通道的每一个边缘代表了花费分配第j个通道给第i个用户的可能性。我们的任务就是找出最低的花费。将这个问题转换为一个正规的数学问题。我们的优化问题就可以被定义为以下几个等式。式6确保了通道j只能被分配给一个SU。式7限制了任何

7、SU在任何时间段能够接入的最大通道数为2。式7的第一部分确保了当实行underlay接入策略时使用同一信道的初级用户和次级用户间的最大欧几里何距离。第二部分是SUi将会带给使用通道j的PU的干扰成都的指标。第三部分表示，如果受许可工作在通道i的PU是无效的，确保通过丢弃前两个部分首先实行interweave策略。最后一个部分代表了SU的活动：如果SUi非常活跃，它将会得到接入频谱的更高优先级，但是为了维持SU间一定等级的公平性，任何SU在任何时间段都不能接入超过两个通道，因此，任何时间段都不能产生超过两个数据包。信道分配的过程如下：算法开始于检查所有次级用

8、户对频谱的需求。一旦SU开始要求接入频谱，认知无线电基站就将开始基