基于圖論的認知無線網絡頻譜動態分配研究

摘 要：隨著移動互聯網技術的發展，人們對無線業務的需求日益增加，對服務質量也提出了更高的要求。同時，對頻譜資源的需求也與日俱增，然而頻譜資源確是有限的，頻譜資源短缺的問題逐漸暴露出來。目前頻譜資源的利用率十分低下，造成了頻譜資源的嚴重浪費。基于此，本文對基于圖論的認知無線網絡頻譜動態分配算法進行了深入研究。

關鍵詞：認知無線電;圖論著色;頻譜分配

0引言

近些年來，隨著我國無線通信技術的快速發展，無線網絡頻譜資源逐漸短缺，目前國內的頻譜管理方法主要是基于靜態控制的分配方式，這種分配方式是對頻譜進行固定分配，導致頻譜利用率低下。而基于圖論的認知無線網絡頻譜分配方式，實現了頻譜的二次利用，這提高了頻譜的利用率。目前這也是解決頻譜資源短缺的主要方案之一。因此，本文對基于圖論的認知無線電網絡頻譜分配問題進行探討。

1認知無線電的定義

認知無線電最早于20世紀末由美國提出，是CR的理想載體，是對軟件無線電的進一步發展。認知無線電本質上就是將無線資源與計算機通信技術進行結合，進而滿足用戶的無線資源與服務需求，同時認知無線電設備也能夠自行選擇更優質的服務。總之，認知無線電就是一種具有學習能力的無線系統，能自動檢測到無線頻譜中的空洞，通過一定的算法，改變自身的參數設置，從而滿足用戶對頻譜資源的需求。

2基于圖論的頻譜動態分配算法

2.1數字模型

與傳統通信網絡相比，基于圖論的頻譜動態分類算法可以用于小區的規劃與信道的分配。目前該頻譜動態分配算法模型主要有以下幾種：頻譜矩陣、干擾矩陣以及分配矩陣構成。

2.2分配算法

（1）著色（CSGC）算法

該算法的主要目的是為了解決分配頻譜的質量問題以及用戶調制編碼技術存在的差異性。由于上述問題的存在使得用戶的信道收益存在著較大差異，該算法通過引入效益矩陣從而將這種差異表現出來。此外，干擾頻譜也是一個重要的影響因素，因為干擾本身與頻段的質量無關，主要受使用用戶的位置以及發射功率的影響。在實際分配過程中，一個分配頻譜將會對應著一個干擾矩陣，該算法通過三維矩陣對各分配頻譜的干擾關系進行了表述。

（2）分組頻譜分配算法

該算法是CSGC算法的改進算法，其算法核心是在頻譜分配之前就對頻譜進行分組。該算法主要可以分為以下兩種情況：

一是以用戶為分配基礎，進行分配，這種分配方式叫做用戶分組算法。該算法是將一個用戶能使用的所有頻譜匯集成一個小組，也就是說有多少用戶，就有多少分組。由于用戶使用的頻譜數量是有限的，小組中必定存在著空閑頻譜，當小組進行交集時也必定不是空集。在劃分完小組后，其算法的執行步驟與CSGC算法一致。就是以小組中任意一個頻譜作為分配標準進行標號計算，計算后選出小組中能夠產生最大效益的頻段，并為用戶分配這個頻段，然后對分配過的小組進行更新，最后再次進行分配。分配過程中各小組需要進行信息交換，這是因為各組之間最大效益的頻段可能是相同的，而兩個小組又不能同時使用同一個頻段，否則會產生沖突，如果出現沖突的情況需要對沖突的小組進行重新分配。此外，再分配過程中出現幾個小組的最大效益相同，可以隨機分配給其中一個小組，其他未分配的小組將進入下一個循環中重新進行分配。

二是以頻帶為分配基礎，進行分配，這種分配方式叫做頻帶分組算法。該算法是將同一頻段的用戶匯集成一個小組，也就是說有多少個頻段，就有多少個分組。由于多個頻段都適用于同一個用戶，因此在不同的小組中，會出現相同的用戶。小組劃分后，其算法的執行步驟與CSGC算法一致。同時具體的分配流程與用戶分組算法相同，本文不在進行闡述。

3結語

移動互聯網技術的快速發展，逐漸改變了人們的生活方式，豐富了人們的日常生活，但是頻譜短缺問題卻一直沒有得到有效解決。隨著人們對無線服務的需求不斷增加，使得頻譜資源更加緊缺。由于頻譜資源是有限的，如何提高其利用率成為了緩解頻譜資源緊張的關鍵。目前基于圖論的頻譜分配方法能夠有效的提高頻譜資源的利用率，在未來該項技術一定會再次成為研究的熱點。

參考文獻

[1] 張敏. 基于圖論的認知無線電網絡頻譜分配算法研究[D]. 汕頭大學.

[2] 包媛媛. 基于加權極大獨立集的認知無線網絡的圖論頻譜分配算法研究[D]. 2015.

[3] 李艷妮. 認知無線網絡動態頻譜分配技術研究與實現[D]. 北京郵電大學.

作者簡介：楊菊（1997.08.12—）;性別：女，民族：回，籍貫：寧夏同心，學歷：本科;現有職稱：無;研究方向：計算機科學與技術、無線網絡。