基于频谱预留的认知无线接入研究
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泊 松 过 程 ， 到 达 率 分 别 为 和 ，认 知 用 户 和 主 用 户 在
系统 中连续服 务的时 间分 别满 足 ， 和 的指数分 布 。 系统的状态变化过程 如图２ 所永 。
将深入研究改善频谱接人的方案 。
１ 已有动态频谱接入模 型
在 过去 的研 究 中 ，已有 一种 基 于连 续 时 间马 尔科 夫 链 的用 户接 入模 型 ，其 中 的认 知 用户 和主 用 户 关系 满足 －：
一
图 ２ 与状 态 （，） ｉｊ有关 的状 态转 移过 程 图
这 种基 于马 尔科 夫 链的 动态 频谱 接入 模型 可以较
准 确 的 捕 述 系统 中 只 有 主 用 户 和 认 知 用 户 的 系统 状 态 变
个 主 用 户 的 频 带 宽 等 价 于 Ｎ个 认 知 用 户 的 频 带 宽 ；同
的特 点提 供 接 入 服 务的 。
Ｌ ＿ ［ｋＬ］ ， ｉ （） Ｊ Ｍ ｆＪ 州 － ＋ Ⅳ
当满 足认知用 户频谱切换条件下的强制 中断条件为 ｉｊ Ｎｋ （ ｋ ） ＋ ＋ ＞ Ｍ— 一１Ｎ，在此情况下有认知用户被强制 中 断ｒ 。而频谱预留接人中，状态 变化分析如 图４ 示。 个 所 ２ ２ １ 频谱预 留接入过程 ．．
要使认知无线通信 系统 在提高频谱利用率的 同时 ，
２１ ３ Ｉ ００ ０ ４１
保障认知用 户的服 务质量 ，就是 要降低系统 中服务 质量 要求高 的认知 用户的强制中断率 。本文基 于业 务特 点提 出了新 的用 户模型 ，在新的用户模型中采 用频谱预 留接 入，在提高频谱利 用率的同时 ，保障服务质量要求 高的
能有效保 障高优先级用户的服务质量 。
认 知 无 线 电技 术 着 力于 解 决 频 谱 资 源 稀 缺 的 问题 ，
看 作是 系 统 的 状 态 ， 各状 态 相 互 独 立 ，状 态 随 时 间变 化
引起 了全世 界研 究人 员和组织的 关注 。而 在认知无线 电 通信 中，动 态频谱接 入是实现认知无 线电技术的关键技 术之一 。动 态频谱接 入即允许部分免许 可用户在不影响 主要用 户的 前提 动 态共享部分频谱 ，能 够对不可再牛 的频谱资源实现再利用 ，有效地 解决频谱稀缺的 问题 。 动 态频谱接 入主要包括 ：频谱感知 、频谱 分配 、频 谱接入 、发射机 、频谱移 动性 。其 中，频谱 的多样性和 动态性给 认知无线 电动态频谱接 入带 来 了挑战…，本文
满 足主 用 户优 先接 入 ，认 知用 户按 照到 达过 程 顺序接
入 。其 模 型 如 图 ｌ 爪 。 所
须满 足上面的接入条件 ，所以这是一种纯被动式 的随机 接入 方式 ，这种接入方式 不能 为认知用户提供服务 质量
图１ 用 户接入 顺 序
保障 。
我ｆＪ 某时 刻 系统 中主 用户和 认 知用 户 的数 量 ， 『 把
基 于频 谱预 留的认 知无线接 入研 究
ｌ 袁 泉Байду номын сангаас 立魏巍
ｌ 重厌信科设计有限公司 重』 ４０６ 大 ００５
摘 要 动态频谱接人 是认 知无线 电技 术的一个重要应 用 ，它利用通信 过程 中出现的频谱 空洞机会式地 接入频谱 ，能极大地提 高频谱 的利用率 。文章 基于马 尔可夫理论 提出 了一种改 进的频谱预 留接入方 案 ， 即 按照业务 需求对用户 进行用户 模型 改进 ，并根 据优先 级不同 进行接入策 略改 进。仿真结 果显示该 方案
２ 新 的频谱预 留接入方案
２ １ 新 的用 户模型 ．
先进 的个 人通 信 系统 应 当可以 同时支 持话 音 、数 据 、视频 、交互 、多媒体等业务 ，根 据业 务的特 点 ，不
用 的 带 取 有 ？１ 而 ｉ 认 用 户子 的 法 Ｉ 种 在 ｊ 知 户 Ｌ Ⅳ， ＋ ‘ Ｈ 个
１ （ ） Ｍ－ｋ ） ＋ ＜＝ Ｍ － 一１ ｉ ，按 照频 谱 －１Ｎ＜ｉ ｊ （ ｋ ） 时 Ｎ＋ 预 留接 入 将 只 中断 优 先 级 低 的 用 户 ，假 设 被 强 制 中断 的
认 知 用 户接 入 。
系统 中优 先级低的认知 用户数 ，ｋ 当前时 刻系统 中的 为 主用 户数 。三 种用户按 照（，Ｊ ） ｉ ，ｋ 中的排列顺序 ，到达 率分 别满足 、 、 的泊松 到达过 程 ，在系统 中的连 续服务时 间分别满足 、 、“ 的指数分布 。 当系统处于初始状态（，Ｊ ） ，系统 中认知用 户 ｉ ，ｋ 时 的总 数为ｉ ｊ ＋ ，在（ ｋ Ｎ个 闲置的频 带中取ｉ ｊ Ｍ— ） ＋ 个认知
一
频谱 带在 某一时刻只能 由其 中一 种用户使用 ，接 入时
化过程。但是这个模 型中所有认知用 户的优先级是平 等 的 ，且认 知用 户接入 系统 必须满 足 ：１ ）有 主用户 闲置 的频带 ；２ ）主用 户闲置的 频带没 有被其他认 知用 户占
用 。 即 使 正 在 服 务 的 认 知 用 户 被 主 用 户 强 制 中断 ，也 必
而 变化 ，状态变化过程看 作是 一个连续时 间的马 尔科夫
链 转 移 过 程 。 状 态 用 代 表 系统 中 主 用 户 和 认 知 用 户的 数
量 的一个组 数（， 来描 述 ，ｉ 当前系统 中认知用 户的数 ｉ） ｊ 是
量 ，而Ｊ 当前 系统 中主用 户的数量 。根据 马 尔科夫链 是 的特性 ，假 设认知用户和 主用 户到达系统的过程都满足
子带中 个优先级低的用户的取法有ｌ １ ， 取ｉ 种 剩下 的
Ｌ Ｊ
］
就是 优先级 高的用 户 ，可得此 状态 下，在 系统 中取ｉ 个 优先级低的用户取法为 ：
同的业 务对时 延、容量要求不同。同样要扩展认知 无线
电的应用 范围 ，必须针 对不同的业务 ，调 整接 入策 略。 本文提 出的一 种新 的频 谱预 留接 入模型 ，就是针对业务
系统 中连续服 务的时 间分 别满 足 ， 和 的指数分 布 。 系统的状态变化过程 如图２ 所永 。
将深入研究改善频谱接人的方案 。
１ 已有动态频谱接入模 型
在 过去 的研 究 中 ，已有 一种 基 于连 续 时 间马 尔科 夫 链 的用 户接 入模 型 ，其 中 的认 知 用户 和主 用 户 关系 满足 －：
一
图 ２ 与状 态 （，） ｉｊ有关 的状 态转 移过 程 图
这 种基 于马 尔科 夫 链的 动态 频谱 接入 模型 可以较
准 确 的 捕 述 系统 中 只 有 主 用 户 和 认 知 用 户 的 系统 状 态 变
个 主 用 户 的 频 带 宽 等 价 于 Ｎ个 认 知 用 户 的 频 带 宽 ；同
的特 点提 供 接 入 服 务的 。
Ｌ ＿ ［ｋＬ］ ， ｉ （） Ｊ Ｍ ｆＪ 州 － ＋ Ⅳ
当满 足认知用 户频谱切换条件下的强制 中断条件为 ｉｊ Ｎｋ （ ｋ ） ＋ ＋ ＞ Ｍ— 一１Ｎ，在此情况下有认知用户被强制 中 断ｒ 。而频谱预留接人中，状态 变化分析如 图４ 示。 个 所 ２ ２ １ 频谱预 留接入过程 ．．
要使认知无线通信 系统 在提高频谱利用率的 同时 ，
２１ ３ Ｉ ００ ０ ４１
保障认知用 户的服 务质量 ，就是 要降低系统 中服务 质量 要求高 的认知 用户的强制中断率 。本文基 于业 务特 点提 出了新 的用 户模型 ，在新的用户模型中采 用频谱预 留接 入，在提高频谱利 用率的同时 ，保障服务质量要求 高的
能有效保 障高优先级用户的服务质量 。
认 知 无 线 电技 术 着 力于 解 决 频 谱 资 源 稀 缺 的 问题 ，
看 作是 系 统 的 状 态 ， 各状 态 相 互 独 立 ，状 态 随 时 间变 化
引起 了全世 界研 究人 员和组织的 关注 。而 在认知无线 电 通信 中，动 态频谱接 入是实现认知无 线电技术的关键技 术之一 。动 态频谱接 入即允许部分免许 可用户在不影响 主要用 户的 前提 动 态共享部分频谱 ，能 够对不可再牛 的频谱资源实现再利用 ，有效地 解决频谱稀缺的 问题 。 动 态频谱接 入主要包括 ：频谱感知 、频谱 分配 、频 谱接入 、发射机 、频谱移 动性 。其 中，频谱 的多样性和 动态性给 认知无线 电动态频谱接 入带 来 了挑战…，本文
满 足主 用 户优 先接 入 ，认 知用 户按 照到 达过 程 顺序接
入 。其 模 型 如 图 ｌ 爪 。 所
须满 足上面的接入条件 ，所以这是一种纯被动式 的随机 接入 方式 ，这种接入方式 不能 为认知用户提供服务 质量
图１ 用 户接入 顺 序
保障 。
我ｆＪ 某时 刻 系统 中主 用户和 认 知用 户 的数 量 ， 『 把
基 于频 谱预 留的认 知无线接 入研 究
ｌ 袁 泉Байду номын сангаас 立魏巍
ｌ 重厌信科设计有限公司 重』 ４０６ 大 ００５
摘 要 动态频谱接人 是认 知无线 电技 术的一个重要应 用 ，它利用通信 过程 中出现的频谱 空洞机会式地 接入频谱 ，能极大地提 高频谱 的利用率 。文章 基于马 尔可夫理论 提出 了一种改 进的频谱预 留接入方 案 ， 即 按照业务 需求对用户 进行用户 模型 改进 ，并根 据优先 级不同 进行接入策 略改 进。仿真结 果显示该 方案
２ 新 的频谱预 留接入方案
２ １ 新 的用 户模型 ．
先进 的个 人通 信 系统 应 当可以 同时支 持话 音 、数 据 、视频 、交互 、多媒体等业务 ，根 据业 务的特 点 ，不
用 的 带 取 有 ？１ 而 ｉ 认 用 户子 的 法 Ｉ 种 在 ｊ 知 户 Ｌ Ⅳ， ＋ ‘ Ｈ 个
１ （ ） Ｍ－ｋ ） ＋ ＜＝ Ｍ － 一１ ｉ ，按 照频 谱 －１Ｎ＜ｉ ｊ （ ｋ ） 时 Ｎ＋ 预 留接 入 将 只 中断 优 先 级 低 的 用 户 ，假 设 被 强 制 中断 的
认 知 用 户接 入 。
系统 中优 先级低的认知 用户数 ，ｋ 当前时 刻系统 中的 为 主用 户数 。三 种用户按 照（，Ｊ ） ｉ ，ｋ 中的排列顺序 ，到达 率分 别满足 、 、 的泊松 到达过 程 ，在系统 中的连 续服务时 间分别满足 、 、“ 的指数分布 。 当系统处于初始状态（，Ｊ ） ，系统 中认知用 户 ｉ ，ｋ 时 的总 数为ｉ ｊ ＋ ，在（ ｋ Ｎ个 闲置的频 带中取ｉ ｊ Ｍ— ） ＋ 个认知
一
频谱 带在 某一时刻只能 由其 中一 种用户使用 ，接 入时
化过程。但是这个模 型中所有认知用 户的优先级是平 等 的 ，且认 知用 户接入 系统 必须满 足 ：１ ）有 主用户 闲置 的频带 ；２ ）主用 户闲置的 频带没 有被其他认 知用 户占
用 。 即 使 正 在 服 务 的 认 知 用 户 被 主 用 户 强 制 中断 ，也 必
而 变化 ，状态变化过程看 作是 一个连续时 间的马 尔科夫
链 转 移 过 程 。 状 态 用 代 表 系统 中 主 用 户 和 认 知 用 户的 数
量 的一个组 数（， 来描 述 ，ｉ 当前系统 中认知用 户的数 ｉ） ｊ 是
量 ，而Ｊ 当前 系统 中主用 户的数量 。根据 马 尔科夫链 是 的特性 ，假 设认知用户和 主用 户到达系统的过程都满足
子带中 个优先级低的用户的取法有ｌ １ ， 取ｉ 种 剩下 的
Ｌ Ｊ
］
就是 优先级 高的用 户 ，可得此 状态 下，在 系统 中取ｉ 个 优先级低的用户取法为 ：
同的业 务对时 延、容量要求不同。同样要扩展认知 无线
电的应用 范围 ，必须针 对不同的业务 ，调 整接 入策 略。 本文提 出的一 种新 的频 谱预 留接 入模型 ，就是针对业务