认知无线电动态频谱分配课件.ppt

1、 认知无线电的发展背景 认知无线电的概念和原理 认知无线电系统的特性 功率控制的动态频谱分配认知无线电的发展背景无线频谱现状：频谱资源紧张，很多国家差不多已经将可用频谱资源分配完毕。留给新系统、业务和技术的频谱很少甚至没有频谱可分配认知无线电的发展背景上图是美国纽约的频谱利用情况：频谱利用率仅15%-20%（授权频谱）。认知无线电的发展背景u频分复用u时分复用u蜂窝小区如何才能提高频谱利用率呢？认知无线电的发展背景传统技术在一定程度上提高频谱利用率和传输容量，即便如此，频率资源问题仍旧突出。认知无线电的提出在一定程度上减缓了频率资源短缺问题。认知无线电的概念和原理概念的提出：u 认知无线电(C

2、ognitive Radio)这个术语首先是Joseph Mitola在软件无线电概念的基础上提出的。u 其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。认知无线电的概念和原理两个概念：uFCC认为：“CR是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电”uSimon Haykin则从信号处理的角度出发，认为：“CR是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计性变化，以达到以下目的：任何时间任何地点的

3、高度可靠通信；对频谱资源的有效利用。”认知无线电的概念和原理 基本原理 CR设备对周围环境感知、探测、分析，这种探测和感知是全方位的，应对地形、气象等综合信息也有所了解。由此图也可得出，CR是高智能设备，应包含一个智能收发器。有了足够的人工智能，它就能吸取过去的经验对实际情况进行响应，过去的经验包括对死区、干扰和使用模式等的了解。它的学习能力是使它从概念走向应用的真正原因。认知无线电的概念和原理 关键技术 频谱检测 匹配滤波器滤波器法 能量检测法 循环平衡特定检测法 自适应传输技术 OFDM UWB 频谱管理 目前各种基于CR的频谱管理思想和管理规则仍在研究之中。认知无线电系统的基本特性认知无

4、线电系统框图CRS基本特性-获取信息 获取信息的基本成分：CRS运行无线电环境：例如，当前频谱使用情况，指示可用无线电系统，使用中的分配频段，无线通信系统的覆盖范围，干扰水平等。CRS地理环境：例如，CRS或其他无线电系统设备的位置和其天线方向，CRS用户在地理位置上的分布等。CRS基本特性-获取信息 CRS自身内部状态：自身配置（比如，无线电使用的频带，礼仪），流量负载分布，传输功率。已建政策 比如，CRS应该避免对其他无线电系统造成有害干扰这样的约束政策。使用方式 用户需求 高带宽，低延时，费用低。CRS基本特性-获取信息 获取信息的方法：从无线电系统设备中收集信息 地理定位 频谱感应 频

5、谱空穴数据库接入 认知辅助信道的接入基于信道选择和自适应功率控制的动态频谱分配绿色的点代表认知用户，蓝色的点代表主用户，红色的代表基站h(i,b)：认知用户i到基站的链路增益。G(i,m):认知用户i发射端到授权用户接收端m的链路增益。A(I,k):频段分配矩阵pik:认知用户i接入频段k时的发射功率ijiknkjAbjhbihpkik0),(),(),(),(sin认知用户i接收端信噪比（1）认知用户i在频段k上的吞吐量：t(i,k)=log2(1+sink(i,k)(2)授权用户m受到认知用户i的干扰Im=A(i,k)pikG(i,m)(3)效用函数 Ulity=U1-Itotal (4)U1:所有认知用户i的吞吐量之和Itotal：所有主用户所受到的干扰之和算法思路步骤：1认知用户i在接收端监听所有信道信息，将得到的参数传给发送端。2发射端根据收到的参数值和信道占用情况求出认知用户i的发射功率。3根据上述的参数得到认知用户i在所有信道K上的效用函数Ulity4根据效用函数值Ulity 来选择信道，即选择效用函数值最大的信道进行传输。5判断所有认知用户是否选择完毕，没有则继续进行，完毕则进入第6步6判断是否达到纳什均衡，若达到则算法结束。