文档介绍：A thesis submitted to Zhengzhou University for the degree of Master Research on Spectrum Sharing Strategies Based on the Frequency Fragmentation in Cognitive works By Zhang Shuai Supervisor: Prof. Lu munication and Information System Information Engineering School May 2015 万方数据原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时,第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。万方数据摘要 I 摘要互联网时代的今天,人们对网络的需求不再局限于固定的有线接入,而转为任何时间、任何地点、任何情况下均可接入网络,因此无线网络的发展尤为重要。面对激增的无线业务需求及各种智能终端设备的大量普及,作为无线网络战略性资源的无线频谱变得十分稀缺。而传统的静态频谱划分方式的低效性, 又进一步加剧了资源紧缺问题,在此情况下,认知无线电(Cognitive Radio, CR)应运而生。认知网络中,CR用户动态共享授权频谱,以提高资源利用率。但值得注意的是,授权用户和CR用户随机地占用频谱资源,使得可用频谱被离散为一系列不连续的频谱块,称之为频谱碎片。频谱碎片的存在,不仅增加了CR用户接入设备的复杂度,也带来了跨频干扰的问题。导致CR用户共享频谱资源时面临更加严格的干扰约束,影响资源利用率。尤其是分布式认知网络中,由于缺乏集中控制中心,无法统一调度各CR用户传输参数,需要额外的手段消除此类干扰。因此,为解决频谱碎片和跨频干扰造成的资源利用率较低问题,本文基于分布式CR网络,针对频谱碎片和跨频干扰存在下的频谱共享策略进行深入研究。主要研究内容为: 1)在基于TV频带的分布式CR网络中,授权用户的随机行为是产生频谱碎片的主要原因。为定性分析授权用户行为,本文将其建模为离散Markov模型,定义频谱占用度和碎片度来分析其对系统性能的影响,最后以统计平均中断概率最小为目标,提出两种频谱接入策略。策略一在传统的连续频谱接入的基础上加入调整因子,根据节点实际需求,动态调整对可用信道的占用程度, 预留更多的资源给下一节点,进而减少中断的发生。策略二采用物理层k-agile 接收机,在考虑灵敏度限制及保护带消耗的同时,非连续的接入多个频谱碎片, 进而提高接入的灵活性。两种策略在满足各认知用户通信需求的同时,有效降低了系统中断概率,提高了资源利用率,仿真结果表明均优于传统的连续频谱接入方式[6]。 2)分布式认知无线电网络中以效率最大化为目标的动态频谱共享问题。由于频谱碎片的存在,认知用户选择接入空闲信道时,通过插入保护频带的方法来消除跨频干扰。即在选择接入时,以保护带资源的消耗为代价换取可达速万方数据摘要 II 率。此时,接入问题可归结效率优化问题,即研究如何以最小的保护带消耗获得最大的可达速率。该问题为典型的整数组合优化问题,传统的遍历搜索算法复杂度太高。这里基于经典的计算机内存管理方法,引入碎片位置向量信息, 提出几种不同搜索方式的改进算法,以不同程度地减少传统遍历算法的搜索次数,从而改善算法复杂度。最后,通过仿真分析各算法下所获得的效率,可以看出,各算法均是在复杂度和效率之间做出不同程度的折中,为不同的实际应用需求,提供了多种灵活的选择方案。关键词:分布式认知无线电频谱碎片动态频谱共享电视频段非连续频谱接入中断概率效率优化万方数据 Abstract III Abstract Today, in the new epoch, the people’s demand work is no longer limited to the traditional fixed cable access, but transformed into