认知无线电
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T1 ( f c , B) = P ( f c , B) 1 kB
式中， P ( f , B) 表示中心频率为 f c 、带宽为B范围内的平均干 扰功率，单位为瓦特（w)，k为波尔兹曼常数。
1 c
认知无线电系统中的干扰温度模型
4、拍卖竞价模型
拍卖竞价的频谱分配模型中通常采用集中式的网络结 构，中心控制器充当拍卖人，认知用户为投标者。每一次 拍卖中，投标者为了满足自身需求给频谱资源投价，拍卖 人会根据确定规则来判定胜利者。 特点： 特点： 1、用户行为都是非合作性的。 2、频谱分配算法需要合理的计算开销和执行时间 3、具有集中控制和分布式行为的性质 4、信令开销小。
认知无线电的基础知识
1、认知无线电(Cognitive Radio,CR)概念 认知无线电(Cognitive Radio,CR)概念
认知无线电是一种能够依靠人工智能的支持，感知 无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时、自 适应地改变系统工作参数，动态地检测和有效地利用空 闲频谱的无线电。即无论何时何地都能达到通信系统的 高可靠性和高效的频谱利用率，以达到最佳匹配效果。 认知无线电的主要任务就是能够自主的发现“频谱 空穴”，然后对“频谱空穴”进行合理有效地运用。
16
通常一个博弈过程包括五个方面： 通常一个博弈过程包括五个方面： 1、参与者： 博弈中进行独立决策的参与者也称为局中人 2、策略： 在每一局博弈中，参与者都会选择一种实际可行的方案 3、信息： 它是参与者选择策略的前提 4、次序： 由于每个博弈方的决策有先后之分，所做的决策也不止一 次，这样就产生了次序。 5、得失： 博弈的结果称为得失。
与其他分配方式相比，拍卖竞价机制的优势是：它被 自然分散，需要较少的信令交换和计算开销。但是，拍 卖竞价模型只适用于主，次用户间为租用关系的认知无 线电系统，应用范围也具有局限性。
三、频谱分配技术分类及其特点
频谱分配技术的分类 静态频 谱分配 按分配 方式分 类 特点 这种方式比较简单，系统开销小，分配不灵 活，不能满足用户不断变化的需求。
动态频 谱分配
自适应的利用频谱资源，可以满足不同用户 的需求，增大系统容量，提高频谱利用率。
混合式频谱 是静态和动态频谱分配相结合的方式，既保 分配 持了静态分配的特点，又不失去灵活性。
基于图论的模型中规定了空闲矩阵，效益矩阵，干扰 基于图论的模型中规定了空闲矩阵，效益矩阵， 矩阵和分配矩阵四个基本矩阵。 矩阵和分配矩阵四个基本矩阵。 • 空闲频谱矩阵 • 效益矩阵
L = {ln.m ln.m ∈ {0、 N ×M 1}}
B = {b n.m }N ×M
将矩阵L与矩阵B相结合，可得出有效频谱的效益 。
LB = {ln.m • b n.m }N ×M
14
• 干扰矩阵集合
C = {cn ,k ,m c
n,k ,m
∈ {0,1}}N × N ×M
• 无干扰的频谱分配矩阵
A = {an ,m an ,m ∈ {0,1}}N ×M
A必须满足无干扰条件：
基于着色理论的 频谱分配方法具 有时间开销小的 优点，但精度不 够高。
认知无线电 频谱分配
林培培
1
目录
认知无线电研究背景
认知无线电基本知识
认知无线电的频谱分配
认知无线电的研究背景
随着无线通信需求的不断增长,当前固定的频谱 分配政策已不能满足人们的需求,频谱资源变得越来越 紧张。而解决频谱资源匮乏问题的基本思路就是尽量 提高现有频谱的利用率。因此人们提出了认知无线电 技术,可以从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资 源,从而有效解决了频谱资源的不足,提高频谱资源的 利用率。
9
频谱分配技术的分类 集中式频 谱分配 按网络 结构分 类 分布式频 谱分配 合作式频 谱分配 按合作 方式分 类
特点 以实体为中心，完成对小区各用户的频谱分 配。 无中心控制节点，频谱分配结果与节点采用 的策略有关。 小区中各节点相互合作，节点的频谱分配策 略不仅考虑本节点的应用需求，还考虑此策 略对其他用户造成的影响。 节点的频谱分配策略只考虑节点本身的需要， 这类用户可定义为自私用户，在这类分配方 式下，系统的频谱利用率与合作式分配方式 相比会有所下降。
二、频谱分配原则
保证灵活性 可用频谱的信息必须实时更新，而一旦授权用户恢 复对某段频谱空间的使用，认知用户就必须在较短时间 内退出该频谱，选择其它的频谱进行通信。 提高系统性能 频谱分配技术的首要目的是对可用频谱空间进行合 理的分配，使得系统性能得到改善或逼近于最优状态。 减小信令开销和计算量 频谱分配算法的设计必须考虑用户间以及用户与中 心控制器之间控制信令的复杂程度。
一、概念
频谱分配就是根据需要接入系统用户数目及其服务 要求将频谱分配给一个或多个指定用户。 频谱分配的主要目的就是通过一个自适应策略有效 的选择和利用空闲频谱。利用动态频谱分配策略，可有 效的提高无线通信的灵活性，使授权用户和非授权用户 之间避免冲突，公平地享有频谱资源，满足用户因不同 业务而不断变化的需求。
2、认知无线电原理
无线环境
发射信号
频谱激励 频 谱 感 知
频 谱 判 决
信道容量 频谱分析
频谱信息
认知无线电原理图
3、认知无线电的特点 、
1.对环境的感知能力 2.对环境变化的学习能力 3.对环境变化的自适应性 4.通信质量的高可靠性 5.对频谱资源的充分利用 6.系统功能模块的可重构性
频谱分配
频谱分配博弈系统模型的流程图
该方案以频谱管理机构为 频谱分配中心具有实际意 义，它有利于频谱管理， 有利于频谱租赁市场 的规范化。
常见博弈模型
1、古诺（Cournot）博弈模型
2、伯川德（Bertrand）博弈模型
3、斯坦克尔（Stacklberg）博弈模型
4、重复博弈
19
3、干扰温度模型
干扰温度主要用来度量干扰功率及其相应带宽。在这个模型 中，工作在授权频段的认知设备可以通过测量干扰环境来调 整发射机的功率、频谱等，避免对授权用户的干扰超过规定 的温度限。 干扰温度定义为：
非合作式 频谱分配
四、频谱分配模型
1、基于图论的频谱分配模型
图论着色模型于蜂窝通信时代就应用于小区的频 率规划和支配，是一种较为成熟的模型。由于择机使 用主用户的频谱，因此认知用户的可用频谱受到了主 用户位置、工作状态及覆盖范围的影响，具有空时变 化的特性。
认知无线电Байду номын сангаас统的图论着色模型图
图论着色模型是由Zheng等人提出的，它以图论为基 础，在频谱分配的研究中，将认知用户构成的网络拓 ( 扑结构抽象成图 GV, E, L)。图中方框代表认知用户 V， 对于认知用户（图中顶点1-5）来说有三个信道（A、 B、C）是有机会可用的，假设所有信道拥有相同的带 I 宽。 − IV 表示授权用户，它们目前正占用信道A、B、 C、C。频谱共享协议规定，主用户占用的信道不能被 其邻近的认知用户使用。因此，在主用户I − IV 干扰范 围内的认知用户不能与主用户使用同一频段。在图中， 虚线组成的圆代表各主用户的干扰范围。
an ,m• ak ,m = 0
fcn ,k ,m = 1, ∀n, k < N , m < M
15
2、基于博弈论的频谱分配模型
进行频谱分配时，博弈论一般用于分析分布式网络中各认 知用户是如何竞争频谱的，并根据所获信息单独进行决策。 博弈的标准式包括： （1）博弈的参与者； （2）每一参与者可供选择的战略集； （3）针对所有参与者可能选择的战略组合，每一参与者获得 的收益.
式中， P ( f , B) 表示中心频率为 f c 、带宽为B范围内的平均干 扰功率，单位为瓦特（w)，k为波尔兹曼常数。
1 c
认知无线电系统中的干扰温度模型
4、拍卖竞价模型
拍卖竞价的频谱分配模型中通常采用集中式的网络结 构，中心控制器充当拍卖人，认知用户为投标者。每一次 拍卖中，投标者为了满足自身需求给频谱资源投价，拍卖 人会根据确定规则来判定胜利者。 特点： 特点： 1、用户行为都是非合作性的。 2、频谱分配算法需要合理的计算开销和执行时间 3、具有集中控制和分布式行为的性质 4、信令开销小。
认知无线电的基础知识
1、认知无线电(Cognitive Radio,CR)概念 认知无线电(Cognitive Radio,CR)概念
认知无线电是一种能够依靠人工智能的支持，感知 无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时、自 适应地改变系统工作参数，动态地检测和有效地利用空 闲频谱的无线电。即无论何时何地都能达到通信系统的 高可靠性和高效的频谱利用率，以达到最佳匹配效果。 认知无线电的主要任务就是能够自主的发现“频谱 空穴”，然后对“频谱空穴”进行合理有效地运用。
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通常一个博弈过程包括五个方面： 通常一个博弈过程包括五个方面： 1、参与者： 博弈中进行独立决策的参与者也称为局中人 2、策略： 在每一局博弈中，参与者都会选择一种实际可行的方案 3、信息： 它是参与者选择策略的前提 4、次序： 由于每个博弈方的决策有先后之分，所做的决策也不止一 次，这样就产生了次序。 5、得失： 博弈的结果称为得失。
与其他分配方式相比，拍卖竞价机制的优势是：它被 自然分散，需要较少的信令交换和计算开销。但是，拍 卖竞价模型只适用于主，次用户间为租用关系的认知无 线电系统，应用范围也具有局限性。
三、频谱分配技术分类及其特点
频谱分配技术的分类 静态频 谱分配 按分配 方式分 类 特点 这种方式比较简单，系统开销小，分配不灵 活，不能满足用户不断变化的需求。
动态频 谱分配
自适应的利用频谱资源，可以满足不同用户 的需求，增大系统容量，提高频谱利用率。
混合式频谱 是静态和动态频谱分配相结合的方式，既保 分配 持了静态分配的特点，又不失去灵活性。
基于图论的模型中规定了空闲矩阵，效益矩阵，干扰 基于图论的模型中规定了空闲矩阵，效益矩阵， 矩阵和分配矩阵四个基本矩阵。 矩阵和分配矩阵四个基本矩阵。 • 空闲频谱矩阵 • 效益矩阵
L = {ln.m ln.m ∈ {0、 N ×M 1}}
B = {b n.m }N ×M
将矩阵L与矩阵B相结合，可得出有效频谱的效益 。
LB = {ln.m • b n.m }N ×M
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• 干扰矩阵集合
C = {cn ,k ,m c
n,k ,m
∈ {0,1}}N × N ×M
• 无干扰的频谱分配矩阵
A = {an ,m an ,m ∈ {0,1}}N ×M
A必须满足无干扰条件：
基于着色理论的 频谱分配方法具 有时间开销小的 优点，但精度不 够高。
认知无线电 频谱分配
林培培
1
目录
认知无线电研究背景
认知无线电基本知识
认知无线电的频谱分配
认知无线电的研究背景
随着无线通信需求的不断增长,当前固定的频谱 分配政策已不能满足人们的需求,频谱资源变得越来越 紧张。而解决频谱资源匮乏问题的基本思路就是尽量 提高现有频谱的利用率。因此人们提出了认知无线电 技术,可以从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资 源,从而有效解决了频谱资源的不足,提高频谱资源的 利用率。
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频谱分配技术的分类 集中式频 谱分配 按网络 结构分 类 分布式频 谱分配 合作式频 谱分配 按合作 方式分 类
特点 以实体为中心，完成对小区各用户的频谱分 配。 无中心控制节点，频谱分配结果与节点采用 的策略有关。 小区中各节点相互合作，节点的频谱分配策 略不仅考虑本节点的应用需求，还考虑此策 略对其他用户造成的影响。 节点的频谱分配策略只考虑节点本身的需要， 这类用户可定义为自私用户，在这类分配方 式下，系统的频谱利用率与合作式分配方式 相比会有所下降。
二、频谱分配原则
保证灵活性 可用频谱的信息必须实时更新，而一旦授权用户恢 复对某段频谱空间的使用，认知用户就必须在较短时间 内退出该频谱，选择其它的频谱进行通信。 提高系统性能 频谱分配技术的首要目的是对可用频谱空间进行合 理的分配，使得系统性能得到改善或逼近于最优状态。 减小信令开销和计算量 频谱分配算法的设计必须考虑用户间以及用户与中 心控制器之间控制信令的复杂程度。
一、概念
频谱分配就是根据需要接入系统用户数目及其服务 要求将频谱分配给一个或多个指定用户。 频谱分配的主要目的就是通过一个自适应策略有效 的选择和利用空闲频谱。利用动态频谱分配策略，可有 效的提高无线通信的灵活性，使授权用户和非授权用户 之间避免冲突，公平地享有频谱资源，满足用户因不同 业务而不断变化的需求。
2、认知无线电原理
无线环境
发射信号
频谱激励 频 谱 感 知
频 谱 判 决
信道容量 频谱分析
频谱信息
认知无线电原理图
3、认知无线电的特点 、
1.对环境的感知能力 2.对环境变化的学习能力 3.对环境变化的自适应性 4.通信质量的高可靠性 5.对频谱资源的充分利用 6.系统功能模块的可重构性
频谱分配
频谱分配博弈系统模型的流程图
该方案以频谱管理机构为 频谱分配中心具有实际意 义，它有利于频谱管理， 有利于频谱租赁市场 的规范化。
常见博弈模型
1、古诺（Cournot）博弈模型
2、伯川德（Bertrand）博弈模型
3、斯坦克尔（Stacklberg）博弈模型
4、重复博弈
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3、干扰温度模型
干扰温度主要用来度量干扰功率及其相应带宽。在这个模型 中，工作在授权频段的认知设备可以通过测量干扰环境来调 整发射机的功率、频谱等，避免对授权用户的干扰超过规定 的温度限。 干扰温度定义为：
非合作式 频谱分配
四、频谱分配模型
1、基于图论的频谱分配模型
图论着色模型于蜂窝通信时代就应用于小区的频 率规划和支配，是一种较为成熟的模型。由于择机使 用主用户的频谱，因此认知用户的可用频谱受到了主 用户位置、工作状态及覆盖范围的影响，具有空时变 化的特性。
认知无线电Байду номын сангаас统的图论着色模型图
图论着色模型是由Zheng等人提出的，它以图论为基 础，在频谱分配的研究中，将认知用户构成的网络拓 ( 扑结构抽象成图 GV, E, L)。图中方框代表认知用户 V， 对于认知用户（图中顶点1-5）来说有三个信道（A、 B、C）是有机会可用的，假设所有信道拥有相同的带 I 宽。 − IV 表示授权用户，它们目前正占用信道A、B、 C、C。频谱共享协议规定，主用户占用的信道不能被 其邻近的认知用户使用。因此，在主用户I − IV 干扰范 围内的认知用户不能与主用户使用同一频段。在图中， 虚线组成的圆代表各主用户的干扰范围。
an ,m• ak ,m = 0
fcn ,k ,m = 1, ∀n, k < N , m < M
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2、基于博弈论的频谱分配模型
进行频谱分配时，博弈论一般用于分析分布式网络中各认 知用户是如何竞争频谱的，并根据所获信息单独进行决策。 博弈的标准式包括： （1）博弈的参与者； （2）每一参与者可供选择的战略集； （3）针对所有参与者可能选择的战略组合，每一参与者获得 的收益.