淺談基于認知無線電的機會頻譜的接入技術

武雪婷

【摘要】 目前，寬帶無線業務正在不斷增多，其中，影響無線通信發展的一大問題就是頻譜資源非常稀少。但是，在某段頻譜資源上具有很多的業務，而其他頻段的使用效率卻比較低。因此，我們就提出了認知無線電技術，進一步改善了無線環境，使頻譜資源提高了利用率。

【關鍵詞】 認知無線電 機會頻譜 接入技術

認知無線電系統具有很多特性，具有靈活性、可重配置性等特點。我們可以通過改變工作的參數達到適應無線環境的目的，從而提高頻譜的使用效率。

一、基于認知無線電的接入控制

當前，我國對于認知無線電系統的研究越來越多。無線通信系統的接入方式主要有兩種：一種是Overlay sharing，另外一種是Underlay sharing。第一種主要由一個無線通信系統用戶占有一個單獨的頻譜。同時它排斥其他的頻率，排他性比較強烈，比如我們之前使用的FDMA系統。如果認知系統要使用這一種模式，當用戶沒有使用某個頻譜的時候才能接入。而后一種模式主要使用的是擴頻通信技術，把認知系統中用戶的頻譜進一步拓寬，比如UWB、CMA系統等等。

但是不管使用什么樣的方式，認知無線電環境中，可以使用的資源總是在不斷改變的，只能使用主系統用戶之前沒有使用過的頻帶資源。在資源不斷變化的情況下，怎樣才能使用戶的QoS可以高效接入，使認知用戶在接入的過程之中不會發生沖突，這是需要重點解決的問題，需要制定一定的規則和禮儀，這樣才能使系統得到調節，不發生沖突。

認知無線電系統是不具備通信頻譜資源的優先使用權的，因此，它對主用戶可以起到保護作用，因此在接入的時候也要考慮到以前的一些問題。接入技術的種類是非常多的，而根據無線電系統的特征，我們主要講述的是以上這兩種，即Overlay sharing和Underlay sharing，這是兩種比較主要的認知系統接入方式。

二、基于次用戶學習的機會頻譜接入方法研究

無線設備正在大范圍增加。所以，無線頻譜就會造成擁堵的現象。頻譜機會不斷增加，而可用的頻譜太少，兩者正好是相反的。根據真實的測量可知：在一定的時間，一定的地點，很多的授權頻譜都是閑置的。認知無線電網絡使頻譜的使用率大大提高，將一些空閑的頻譜機會得到了利用。在認知無線電網絡的動態頻譜管理辦法之中，機會頻譜的接入是一種常見的方法。機會頻譜接入的基本思想主要為：如果次用戶沒有對主用戶產生干擾作用，次用戶則可以辨別機會頻譜，并將其使用到系統之中。

大部分機會頻譜在接入策略假定的網絡之中。在多信道的條件下，每個次用戶的主要問題就是應該感知哪一個信道。當時隙開始之前，每一個次用戶就要開始感知，得到一個空閑信道，次用戶極有可能在這一信道上面進行傳輸。我們在時隙開始之前的感知決定，次用戶在這一段多出來的時間中尋找空閑的信道。但是，如果主用戶傳輸的時候不分時隙，不管什么時候，信道則在空閑與忙綠的時候不斷變化。所以，次用戶很有可能會與主用戶產生沖突，或者，雖然在感知時間段有準確的感知，但是，次用戶則沒有了傳輸的機會。次用戶在感知的情況下確定是不是要進行傳輸。

本文的研究中，如果在沒有分時隙的主用戶網絡之中，次用戶可以采用學習的機會頻譜接入方法，使傳輸機會的數量不斷增加。這一學習方法使次用戶間的交互作用得到深層次研究，對于感知的信道也更為確切。每一個次用戶對用戶碰撞的部分頻譜的分配圖進行考慮。每一次的用戶根據碰撞的信息在后面的時隙中就能感知更為準確的信道。

對于一個沒有分時隙的認知無線電網絡來講，基于次用戶學習的頻譜接入方法研究是比較重要的。這一方法使次用戶的吞吐量可以達到最大化。但是目前的學習方法計算量還比較少。因為次用戶不會交換頻譜的分配圖。因此，次用戶與次用戶之間是不能進行通信的。對于性能來說，基于學習的方法接近次用戶間無通信的協作方法和最佳方法。

由于頻譜非常缺少，認知無線電技術就被認為是解決這一問題的最佳技術，目前在國內外都是研究的重點內容。在認知無線電的條件下，我們不需要向從前一樣對頻譜資源進行劃分，而是根據主用戶的變化來利用頻譜資源，這是一種動態的特點，因此對MAC也提出了更高的要求，而我們研究基于認知無線電的機會頻譜接入技術也有很大的現實意義。

參 考 文 獻

[1] 陸大. 隨機過程及其應用. 北京：清華大學出版社，1986，117-191.

[2] W.Tuttlebee. Software Defined Radio： Origins， Drivers and InternationalPerspectives. New York：Wiley，2002.

[3] Federal Communications Commission.No.02-135.Spectrum Policy TaskForce.2002.