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认知无线电频谱分配策略研究.docx

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文档介绍

文档介绍:重庆大学硕士学位论文

1 绪


认知无线电的研究现状
由于认知无线电能够解决频谱资源日趋紧张等现实问题,所以一经提出就得
到国内外研究机构的广泛研究。涉及的研究方向包括认知无线电协议体系与网络
架构、认知无线电频谱检测技术、认知无线电媒体接入技术、认知无线电分配技
术等。比较有代表性的包括:
①频谱共享池(Spectrum Pooling)
频谱池共享(Spectrum Pooling)机制是 Joseph Mitola 博士为解决认知无线电中
频谱分配的问题于 1999 年发表的一篇论文[7]中首次提出的。此后,德国 Karlsruhe
大学 Fiedrich Jondral 教授领导的研究组开展了对频谱共享池相关技术的研究。频
谱池共享的基本思想就是将一部分分配给不同业务的频谱通过频谱聚合等技术合
并成为一个公共的频谱池,然后将这个频谱池划分为若干个子信道,子信道成为
频谱分配的最基本单位。频谱共享池是基于正交频分复用( OFDM)技术的集中式
体系架构。研究主要集中在分析频谱共享池技术可能获得的系统带宽利用率增益
和中心控制系统的关键算法上,包括:物理层的频谱接入检测和干扰抑制、MAC
层的调度和切换等。
② CORVUS 系统
来自美国加州大学 Berkeley 分校的 R. W. Brodersen 教授的研究组提出了
CORVUS(a Cognitive Radio approach for usage of Virtual Unlicesed Spectrum)系统
[8]
。该系统通过利用认知无线电技术来对虚拟的免执照频谱进行利用,在检测和频
谱使用上采用协作的方式。并且在 CORVUS 系统里还利用分组的方式,对组内用
户的动态频谱使用情况用组内控制信道进行协调,而对于组内频谱的分配则采用
通用控制信道。该系统还提出一个可靠链路维持协议以解决动态频谱接入问题。
目前,为了评估物理层和 MAC 层的性能,该系统还在开发一个测试床( test-bed)。
③ DRiVE/OverDRiVE 项目
DRiVE[9] (Dynamic Radio for IP service in Vehicular Environments)是欧洲移动
环境下提供 IP 服务的动态无线电项目。其目标是:通过公共协调信道在异构网络
间实现动态频谱共享。目前,DRiVE/OverDRiVE 项目研究了两种动态频谱分配算
法:时间(temporal)动态频谱分配和空间(spatial)动态频谱分配。时间动态频谱分
配是指一个无线接入网络在时间上可以利用其它无线接入网络当前没有使用的频
谱资源;而空间动态频谱分配则允许适应不同区域的业务变化进行频谱分配。
④端到端可重配置(End-to-End Reconfigurability ,E2R)
E2R[10-11]是一个由摩托罗拉、西门子、法国电信和英国的几所大学联合开发的
项目。它是 Drive/OverDRive 项目的扩展。E2R 系统可为多种空中接口、协议和
应用提供通用的平台和相关的工作环境,通过基于认知算法的可升级和可重配置
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重庆大学硕士学位论文

1 绪


的架构来优化资源利用;同时可重配置性可以灵活地修改相关设备的软件设置,
提高网络和设备的性能。根据 E2R 的观点,频谱和所有无线资源被认为是经济货
物,并假定信干比(SIR)和功率是最重要的货物界定符,而不仅仅考虑频谱的可用
性。E2R 第二阶段将从干扰温度的辨识和量化、资源检测与频谱分配、不同时间
和空间分辨率的分布式无线资源分配的角度,利用新的设计和分析工具进行进一
步深入研究,并将开发验证系统。同时,还在德国等国家进行频谱占用测量,以
便为其研究提供可靠的数据。
⑤ Nautilus 项目
Nautilus 项目[12-14]是由微软亚洲研究院和美国加州大学 Santa Barbara 分校
(UCSB)的 Haitao Zheng 教授合作研究的。其目标是:对分布式的频谱共享技术
不采用中心控制器。他们研究了一个开放的频谱接入 ad hoc 网络框架,这个网络
框架具有可伸缩、分布式和可协调的特点,并且该框架对网络频谱存在的异构性
问题,不需要通过预先设置的公共控制信道进行业务控制。在这个框架结构下,
存在三种频谱接入方案,且这三种方案都是协作式的。第一种是基于图着色理论
的算法,该算法用于固定拓扑结构的拓扑最优分配[12];第二种频谱分配方式是基
于局部的讨价还价[13],在该算法里,通过本地自组织组与移动用户共同协商来进
行频谱分配;第三种算法是基于规则的设