認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中多目標(biāo)頻譜分配與功率控制分析

摘要：針對(duì)接入方式的不同，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的功率和頻譜會(huì)發(fā)生一定的改變，針對(duì)此類問題，本文對(duì)其進(jìn)行研究，并且對(duì)功率和頻譜的分配和控制進(jìn)行了分析。在現(xiàn)代無線電網(wǎng)絡(luò)中為了能夠滿足客戶的各方面需求，需要將網(wǎng)絡(luò)容量和功耗方面問題進(jìn)行優(yōu)化，針對(duì)各類問題對(duì)其優(yōu)化算法進(jìn)行建模求解，得到符合用戶不同需求的解集。根據(jù)不用的算法所得出的結(jié)論各有不同，針對(duì)結(jié)果還需對(duì)其進(jìn)行比對(duì)，選擇優(yōu)化過后合適的方法，滿足頻譜和功率的分配要求。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知無線電;頻譜分配;功率控制

目前，我國(guó)無線電業(yè)務(wù)量逐年上漲，因內(nèi)容對(duì)于無線電頻譜需求與日俱增，由此形成了固定頻譜分配政策，此類型分配政策讓頻譜的利用率得到了提升，對(duì)于空間和時(shí)間上的差異性有所增加，充分利用率高達(dá)百分之八十五。針對(duì)以上內(nèi)容需要增強(qiáng)頻譜資源降低資源匱乏的問題發(fā)生。

一、系統(tǒng)模型

本文建設(shè)的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)模型包含了多個(gè)通信鏈路，接受用戶作為模型的主鏈路，次用戶被稱為次鏈路，它們隸屬于一個(gè)區(qū)域。在網(wǎng)絡(luò)中為主用戶提供服務(wù)的是發(fā)射機(jī)，并且以固定形式存在，次用戶每一個(gè)人用一天發(fā)射機(jī)，并且隨機(jī)分配在區(qū)域內(nèi)。本文應(yīng)用的頻譜接入方式能夠?yàn)橹鳌⒋斡脩敉瑫r(shí)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并且不影響所以有用戶正常通信，同一個(gè)頻段可以被分配給多個(gè)鏈路并且同時(shí)使用。

（一）認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)模型

主用戶網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)在工作的過程中處于混合模式狀態(tài)，所以網(wǎng)絡(luò)模型需要包含兩個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)主用戶的通信網(wǎng)絡(luò)一個(gè)是次用戶的通信網(wǎng)絡(luò)。在模型建設(shè)的過程中，需要將兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈路區(qū)分開，將主網(wǎng)絡(luò)與次網(wǎng)絡(luò)以不同的方式顯示。對(duì)于定義而言也許按照網(wǎng)絡(luò)的合理分配進(jìn)行通信道路的集合工作，在通過集合連接次鏈路兩個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)模型中，主、次鏈路的傳輸功能會(huì)受到次鏈路的干擾，所以針對(duì)以上內(nèi)容次鏈路也會(huì)在一定程度上影響到主鏈路，二者形成了互相干擾的狀態(tài)。所以根據(jù)相關(guān)問題，工作人員需要在確保網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)整體性能的前提下，對(duì)影響傳輸質(zhì)量因素進(jìn)行優(yōu)化，確保傳輸質(zhì)量符合實(shí)際需求。在無線網(wǎng)絡(luò)中，可以通過噪聲來衡量信號(hào)的質(zhì)量。

（二）優(yōu)化目標(biāo)

本文中構(gòu)建的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)模型所選擇的頻譜接入方式，能夠?yàn)榇斡脩籼峁┙尤胫饔脩羟赖姆绞健ａ槍?duì)此類情況，次用戶所受到的干擾在主用戶能夠接受的范圍內(nèi)，并且所受到的干擾不影響主用戶接受內(nèi)容。所以我們不難看出次鏈路是影響網(wǎng)絡(luò)干擾的主要因素，尤其是發(fā)射頻率問題。在優(yōu)化的過程中不能盲目追求減小發(fā)射功率，要在一定范圍內(nèi)減少發(fā)射功率對(duì)主用戶的干擾，還需確保網(wǎng)絡(luò)通信的功能。對(duì)于功率的優(yōu)化工作而言，需要合理控制優(yōu)化目標(biāo)，確保優(yōu)化工作不對(duì)主要用戶造成干擾問題，并且保證正常的通信功能。所以在進(jìn)行頻譜分配時(shí)，需要考慮功率控制問題，并且聯(lián)合多個(gè)分配資源合理進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能的要求。

（三）優(yōu)化問題描述

根據(jù)上述文章的描述，我們發(fā)現(xiàn)次鏈路的傳輸功能會(huì)受到傳輸功率的影響，并且降低了整體功耗的效率，針對(duì)以上問題，需要提高網(wǎng)絡(luò)的容量，但是網(wǎng)絡(luò)容量的提高并不能完全解決功率的問題，在受到不可抗力因素影響時(shí)，網(wǎng)絡(luò)干擾的能力會(huì)加強(qiáng)，嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)輸送路線的輸送質(zhì)量。因此功耗效率和網(wǎng)絡(luò)容量也成為了互相沖突的問題，所以需要多個(gè)目標(biāo)共同優(yōu)化，才可得到滿意的優(yōu)化效果。針對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化問題，需要結(jié)合噪聲和其他無線電的傳輸降低接收機(jī)帶來的影響。其中能夠影響網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定性的因素是干擾問題，因此為了確保網(wǎng)絡(luò)通信的服務(wù)質(zhì)量，需要結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)控。為此，為了改變干擾問題帶來的影響可以加入通信鏈路的約束條件，確保主鏈路和次鏈路滿足實(shí)際需求的前提下進(jìn)行約束。

二、頻譜分配與功率控制

多目標(biāo)優(yōu)化問題是一項(xiàng)較于系統(tǒng)性的優(yōu)化工作，所以在工作的過程中需要集合頻譜和分配方案的支持，合理進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，才可滿足實(shí)際的控制需求。頻譜和功率分配工作還需根據(jù)實(shí)際環(huán)境和性能需求進(jìn)行合理優(yōu)化，并且以最快的速度給予合理分配的方案，提高方案的有效性。為了快速提供出優(yōu)解需要結(jié)合合適的算法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，通過計(jì)算得出相應(yīng)的多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果。在計(jì)算過程中會(huì)應(yīng)用到非支配排序遺傳算法的改進(jìn)版，它們都是基于最優(yōu)概念的多目標(biāo)優(yōu)化算法。與傳統(tǒng)的計(jì)算方式相比較，此類算法能夠克服計(jì)算中的弊端，并且還能高效搜索出特征空間。該算法提出了一種快速非支配排序方法，有效解決了此類問題中的復(fù)雜性，根據(jù)此類算法的計(jì)算環(huán)節(jié)，對(duì)解決方案進(jìn)行排序，提供多個(gè)非支配前沿，為設(shè)計(jì)人員提供多樣化的解決方式。與傳統(tǒng)算法相比較，此類算法的難易程度有所降低，各目標(biāo)算法及種群更容易被分類。

三、仿真結(jié)果分析

圖1所顯示內(nèi)容是通過各類算法所得的十次結(jié)果，在最優(yōu)解的分布圖中可得，功耗效率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量之間存在沖突，網(wǎng)絡(luò)吞吐量提高功耗就會(huì)隨之降低。根據(jù)結(jié)果對(duì)比，功耗效率提升又會(huì)讓網(wǎng)絡(luò)吞吐量降低，整體降低占比在百分之二十左右。所以在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，多個(gè)鏈路使用過程中會(huì)受到嚴(yán)重干擾的問題的原因。所以，一味地提高發(fā)射功率實(shí)際上并不會(huì)起到降低干擾問題，需要結(jié)合場(chǎng)景，合理進(jìn)行調(diào)控，從而達(dá)到節(jié)省能耗的目的，確保整體運(yùn)行鏈路的質(zhì)量。

結(jié)論

根據(jù)問題構(gòu)建多目標(biāo)模型，通過優(yōu)化算法的應(yīng)用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高了功率效率和吞吐量，并且使系統(tǒng)獲得了最大效率。

參考文獻(xiàn)

[1]高陽，韓韌，王清雲(yún).認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于免疫算法的多目標(biāo)頻譜分配[J].電子科技，2019，32（04）：54-59.

作者簡(jiǎn)介：

劉喆（2000.07.12——），女，漢族，籍貫：山東省平度市，學(xué)歷：本科在讀，研究方向：頻譜控制。

（陸軍工程大學(xué) ?江蘇 ?南京 ?210007）