感知無線電技術在異構融合網絡中的應用

王晶晶

（海南工商職業學院，海南海口，570203）

感知無線電技術在異構融合網絡中的應用

王晶晶

（海南工商職業學院，海南海口，570203）

近年來，多種無線通信技術蓬勃發展，越來越多的用戶希望實現多種異構網絡的融合，感知無線電技術能夠感知周圍其他網絡中未被占用的的頻譜資源，并通過頻譜分配技術使用空閑頻譜，從而實現異構網絡的融合。但是感知用戶會對異構網絡中的授權用戶產生干擾，本文引入了一種基于SIR的功率分配技術，通過功率分配，降低了用戶之間的相互干擾，提高了異構融合網絡的系統性能。

感知無線電；異構融合網絡；功率分配

0 引言

2013 年12 月4 日，工業和信息化部正式向中國移動、中國聯通、中國電信頒發4G牌照，均為TD-LTE 制式，并將根據企業申請，依據相關法定程序，批準相關企業開展FDDLTE 網絡技術試驗。2015年2月27日，工信部向中國電信和中國聯通發放第二張4G業務牌照，即FDD-LTE牌照，我國全面進入4G規模商用時代，自此，中國的移動通信正式開始了2G、3G、4G并存的時代,同時，WIFI系統也已成為當前推動寬帶無線通信技術持續發展的動力。如此多的網絡并存，如圖1，無疑增加了運營商的維護成本和用戶的使用成本。

對于最終消費者而言，并不關心網絡的logo 是“3G”還是“4G”，只關心用戶體驗到的速率；反言之，對于運營商來講，也不希望給客戶造成某一張網好而另一張網差的品牌印象，而是希望客戶對運營商的整體品牌有強烈的認同感。因此，基于全IP的異構網絡共存和融合[1][2]已成為下一代無線網絡的重要特征。

圖1 目前中國共存的移動通信技術

目前現存的這些異構無線網絡標準在給人們提供方便高質量通信的同時，也加大了對頻譜資源的需求，由于頻譜資源有限，而無線通信業務卻以指數形式增長，因此頻譜資源已顯得越來越缺乏。

感知無線電[3][4]技術作為一種更智能的頻譜共享技術，能夠依靠人工智能的支持，感知無線通信環境，根據一定的學習和決策算法，實時自適應地改變系統工作參數，動態的檢測和有效地利用空閑頻譜，理論上允許在時間、頻率以及空間上進行多維的頻譜復用。感知無線電的出發點就是就是在不影響授權頻段正常通信的基礎上，具有感知功能的無線通信設備可以按照某種伺機接入方式接入授權的頻段內，并動態地利用頻譜。

1 異構網絡場景

目前的移動通信技術有多個無線網絡并存，單個無線網絡既不能滿足日益增長的業務需求，也不能合理地利用頻譜資源。因此，多個網絡協同工作，通過感知無線電技術實現不同網絡之間頻譜資源的共享，從而將單一封閉式網絡發展為異構融合網絡[5][6]，為用戶提高更高效率的服務。

異構網絡場景指的就是在同一個地理區域下多種不同重疊覆蓋、共存的場景，一個抽象的場景如圖2所示。

圖2 異構網絡場景

要想實現多個異構網絡的融合，就需要讓不同的網絡之間能共享頻譜資源。我們可以在每個網絡上都添加一個感知模塊，當自己的頻譜資源緊張時，可以通過頻譜感知獲得其他網絡的空閑頻譜，這里采用感知無線電中的頻譜檢測技術。不限定哪個網絡是感知網絡，哪個網絡是授權網絡，所有網絡節點的用戶都不有感知模塊，均能感知周圍的頻譜信息，每個網絡既可以是感知網絡，又可以是授權網絡，當它感知其他網絡的空閑頻譜并伺機接入時就是感知網絡，當它被其他網絡感知時就是授權網絡。每個網絡都要統計自己網絡內用戶的帶寬需求，檢查剩余的頻譜資源是否夠用，當其沒有空閑頻譜時就需要感知其他網絡的的空閑頻譜。通過感知技術，提高了頻譜的利用率，實現了多個異構網絡間的融合。感知模塊工作流程如圖3所示。

2 基于SIR的功率分配

當前網絡中的頻譜資源緊張時，感知模塊通過感知同一覆蓋區域內其他網絡的空閑頻譜資源，并伺機接入其他網絡，這時，感知用戶和網絡中的授權用戶之間肯定會會造成干擾，為了降低感知用戶及網絡中授權之間的相互干擾，本文引入了一種基于SIR的功率分配技術，在保證SIR的基礎上用功率分配降低感知用戶和授權用戶之間的干擾。

以上行為例，授權網絡的基站根據通信需求設置目標SIR，用戶的上行數據到達基站后，基站測量接收信號的SIR，并將接收到的SIR與目標SIR作比較，如果接收到的SIR大于目標SIR，則在下行發送提高功率的信號，反之，如果接收到的SIR小于目標SIR，則在下行發送降低功率的信號。在用戶端，當接收到基站發送的功率調整指令后，根據提高或者降低功率的命令，調整下一幀的發送功率，如圖4所示。通過功率控制，讓所有的用戶的SIR保持在一定范圍內，進而降低感知用戶及授權用戶間的干擾。

圖3 異構融合網絡的頻譜共享流程圖

圖4 功率控制過程

3 數據仿真與分析

利用MATLAB仿真異構融合網絡中加入功率分配前后的對比，分別設定不同的目標SIR，仿真了授權用戶在加入功率控制前后的BER，仿真結果如圖5所示。

從圖5可以看出，加入本文中提出的基于SIR的動態功率分配后，授權用戶的BER特性得到了明顯改善，系統的性能明顯得到了提高。從圖中的仿真結果還可以得出，目標SIR設置的越大，授權用戶BER的改善效果越明顯，感知用戶和授權用戶之間的干擾越小。

圖5 加入動態功率分配前后授權用戶的BER仿真

4 結束語

面對目前多種多樣的無線接入網絡，越來越多的用戶希望能夠實現各種異構網絡的融合，用戶只需要一個終端就能在多個異構網絡間互相切換，感知無線電技術使網絡中的用戶在頻譜資源匱乏的狀態下能通過感知其他網絡的空閑頻譜進行接入，本文通過引入基于SIR的功率分配技術，降低了感知用戶和授權用戶之間的干擾，提高了異構融合網絡的系統性能。

[1]3GPP TS 36.331 V8.4.0. 3rd Generation Partnership ProjectTechnical Specification GroupRadio Access Network EvolvedUniversal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Radio ResourceControl (RRC) Protocol specification (Release 8), 2013.

[2]通信世界網．歐洲進入FDD/TDD融合網絡測試熱潮期[z].2012．

[3]S. Haykin. Cognitive Radio: Brain-Empowered Wireless Communications. IEEE JSAC, vol. 23, no. 2, February 2005.

[4]Qing Zhao and Brian M. Sadler. A survey of dynamic spectrum access, IEEE Signal Processing Magazine, MAY 2007:79—89.

[5]王雨.認知無線電技術在異構網絡中的研究與仿真[D].北京郵電大學，2013.

[6]張從武，胡堅波. 異構無線網絡融合關鍵問題和發展趨勢探討［J］. 信息通信技術，2012（3）：13-17.

王晶晶，碩士，講師，主要從事移動通信技術的研究。

Applicationof Cognitive RadioTechniquein Heterogeneous ConvergedNetwork

Wang Jingjing
（Hainan Technology and Business College,Hainan Haikou,570203）

In recent years, the wireless network technology has a great development. More and more users hope to realize the convergence of the multi-heterogeneous network. The cognitive users can sense the idle spectrum which is not occupied by this technology. Then it can realize the convergence of the heterogeneous network. But the cognitive user will produce the interference for the licensed user. This paper uses a power allocation technique based on SIR. Simulation results prove that theinterference will be reduced and the performance will be improved after using the power allocation.

cognitive radio；heterogeneous convergednetwork；power allocation

TN929

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