認知無線電動態(tài)頻譜分配課件

認知無線電認知無線電的發(fā)展背景認知無線電的概念和原理認知無線電系統(tǒng)的特性功率控制的動態(tài)頻譜分配認知無線電的發(fā)展背景無線頻譜現(xiàn)狀：

頻譜資源緊張，很多國家差不多已經(jīng)將可用頻譜資源分配完畢。留給新系統(tǒng)、業(yè)務(wù)和技術(shù)的頻譜很少甚至沒有頻譜可分配認知無線電的發(fā)展背景上圖是美國紐約的頻譜利用情況：頻譜利用率僅15%-20%（授權(quán)頻譜）。認知無線電的發(fā)展背景頻分復(fù)用時分復(fù)用蜂窩小區(qū)如何才能提高頻譜利用率呢？認知無線電的發(fā)展背景傳統(tǒng)技術(shù)在一定程度上提高頻譜利用率和傳輸容量，即便如此，頻率資源問題仍舊突出。認知無線電的提出在一定程度上減緩了頻率資源短缺問題。認知無線電的概念和原理概念的提出：

認知無線電(CognitiveRadio)這個術(shù)語首先是JosephMitola在軟件無線電概念的基礎(chǔ)上提出的。其核心思想是CR具有學(xué)習(xí)能力，能與周圍環(huán)境交互信息，以感知和利用在該空間的可用頻譜，并限制和降低沖突的發(fā)生。認知無線電的概念和原理兩個概念：FCC認為：“CR是能夠基于對其工作環(huán)境的交互改變發(fā)射機參數(shù)的無線電”SimonHaykin則從信號處理的角度出發(fā)，認為：“CR是一個智能無線通信系統(tǒng)。它能夠感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，通過實時改變某些操作參數(shù)(比如傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等)，使其內(nèi)部狀態(tài)適應(yīng)接收到的無線信號的統(tǒng)計性變化，以達到以下目的：任何時間任何地點的高度可靠通信；對頻譜資源的有效利用?！?/p>

認知無線電的概念和原理基本原理CR設(shè)備對周圍環(huán)境感知、探測、分析，這種探測和感知是全方位的，應(yīng)對地形、氣象等綜合信息也有所了解。由此圖也可得出，CR是高智能設(shè)備，應(yīng)包含一個智能收發(fā)器。有了足夠的人工智能，它就能吸取過去的經(jīng)驗對實際情況進行響應(yīng)，過去的經(jīng)驗包括對死區(qū)、干擾和使用模式等的了解。它的學(xué)習(xí)能力是使它從概念走向應(yīng)用的真正原因。認知無線電的概念和原理關(guān)鍵技術(shù)頻譜檢測匹配濾波器法能量檢測法循環(huán)平衡特定檢測法自適應(yīng)傳輸技術(shù)OFDMUWB頻譜管理目前各種基于CR的頻譜管理思想和管理規(guī)則仍在研究之中。認知無線電系統(tǒng)的基本特性

認知無線電系統(tǒng)框圖CRS基本特性-獲取信息獲取信息的基本成分：CRS運行無線電環(huán)境：例如，當(dāng)前頻譜使用情況，指示可用無線電系統(tǒng)，使用中的分配頻段，無線通信系統(tǒng)的覆蓋范圍，干擾水平等。CRS地理環(huán)境：例如，CRS或其他無線電系統(tǒng)設(shè)備的位置和其天線方向，CRS用戶在地理位置上的分布等。CRS基本特性-獲取信息CRS自身內(nèi)部狀態(tài)：自身配置（比如，無線電使用的頻帶，禮儀），流量負載分布，傳輸功率。已建政策比如，CRS應(yīng)該避免對其他無線電系統(tǒng)造成有害干擾這樣的約束政策。使用方式

用戶需求高帶寬，低延時，費用低。CRS基本特性-獲取信息獲取信息的方法：從無線電系統(tǒng)設(shè)備中收集信息地理定位頻譜感應(yīng)頻譜空穴數(shù)據(jù)庫接入認知輔助信道的接入基于信道選擇和自適應(yīng)功率控制的動態(tài)頻譜分配綠色的點代表認知用戶，藍色的點代表主用戶，紅色的代表基站h(i,b)：認知用戶i到基站的鏈路增益。G(i,m):認知用戶i發(fā)射端到授權(quán)用戶接收端m的鏈路增益。A(I,k):頻段分配矩陣pik::認知用戶i接入頻段k時的發(fā)射功率認知用戶i接收端信噪比（1）認知用戶i在頻段k上的吞吐量：t(i,k)=log2(1+sink(i,k))(2)授權(quán)用戶m受到認知用戶i的干擾Im=∑A(i,k)pikG(i,m)(3)效用函數(shù)Ulity=U1-Itotal(4)U1:所有認知用戶i的吞吐量之和Itotal：所有主用戶所受到的干擾之和算法思路步驟：1認知用戶i在接收端監(jiān)聽所有信道信息，將得到的參數(shù)傳給發(fā)送端。2發(fā)射端根據(jù)收到的參數(shù)值和信道占用情況求出認知用戶i的發(fā)射功率。3根據(jù)上述的參數(shù)得到認知用戶i在所有信道K上的效用函數(shù)Uli