用于多跳认知无线电网络的分布式网络编码控制信道 通信工程毕业论文外文翻译

多次反射罐方案DSA

用于多跳认知无线电网络的分布式网络编码控制信道

Alfred Asterjadhi等著

1 前言

大多数电磁频谱由政府机构长期指定给公司或机构专门用于区域或国家地区。由于这种资源的静态分配，许可频谱的许多部分在许多时间和/或位置未使用或未被充分利用。另一方面，几种最近的无线技术在诸如IEEE802.11，蓝牙，Zigbee之类的非许可频段中运行，并且在一定程度上对WiMAX进行操作;这些技术已经看到这样的成功和扩散，他们正在访问的频谱- 主要是2.4 GHz ISM频段- 已经过度拥挤。为了为这些现有技术提供更多的频谱资源，并且允许替代和创新技术的潜在开发，最近已经提出允许被许可的设备（称为次要用户）访问那些许可的频谱资源，主要用户未被使用或零星地使用。这种方法通常被称为动态频谱接入（DSA），无线电设备发现和机会性利用未使用或未充分利用的频谱带的能力通常称为认知无线电（CR）技术。

DSA和CR最近都引起了无线通信和网络界的极大关注。通常设想两种主要应用。第一个是认知无线接入（CW A），根据该认知接入点，认知接入点负责识别未使用的许可频谱，并使用它来提供对次用户的接入。第二个应用是我们在这个技术中研究的应用，它是认知自组织网络（CAN），也就是使用

用于二级用户本身之间通信的无许可频谱，用于诸如点对点内容分发，环境监控，安全性等目的，灾难恢复情景通信，军事通信等等。

设计CAN系统比CW A有更多困难，主要有两个原因。第一是识别未使用的频谱。在CW A中，接入点的作用是连接到互联网，因此可以使用简单的策略来推断频谱可用性，例如查询频谱调节器在其地理位置的频谱可用性或直接与主用户协商频谱可用性或一些中间频谱经纪人另一方面，在CAN中，与频谱调节器或主要用户的缺乏直接通信需要二级用户能够使用检测技术自己识别未使用的频谱。第二个困难是辅助用户协调媒体访问目的。在CW A中存在接入点和通常所有二级用户直接与之通信（即，网络是单跳）的事实使得直接使用集中式媒体接入控制（MAC）解决方案，如时分多址（TDMA）或正交频分多址（OFDMA）。相反，预计CAN将跨越多跳，缺少集中控制器;而对于传统的单通道多跳自组织网络而言，这个问题的几个解决方案是已知的，因为假设我们处理允许设备访问的具有成

结论

本效益的最先进技术的状态，因此将它们重用于CAN是不直接的一次只能限制频谱的一部分，中间访问将在多个信道上执行，而且可用于二次通信的实际信道可能会随着位置和时间而变化。

由于刚刚描述的两个问题，CAN中出现了几个实际的设计挑战，如实现控制信道，辅助用户对媒体接入的协调，实现用于检测未使用频谱的可靠方案等。在这篇文章中，我们将讨论这些挑战，我们显示，在以前的文献中，有几个很好的解决方案可以有效地解决一个或者一些这些问题。

在讨论之后，我们提出了我们设计的方案，以克服CAN缺乏完整的解决方案。我们的方案是基于一个虚拟控制通道，利用用户以伪随机方式访问信道，并在任何频道遇到任何情况时交换控制信息。通过网络编码实现对所有用户的控制信息的高效传播。用户交换的控制信息包括根据预定义的确定性算法确定信道切换模式以及数据通信的资源分配所需的所有信息（带宽要求，主要用户存在和位置等）。我们通过提出和讨论模拟结果来讨论所提出的方案的性能，表明它是CAN实际实现的有效解决方案。

2 多功能CAN中的技术挑战

我们在CAN中遇到的第一个问题是鸡蛋问题：二次设备需要彼此协调来执行频谱接入，但是它们还需要访问频谱以便通信和实现协调。这个问题通常被称为控制频道问题，不幸的是，在与DSA相关的工作中往往被忽视。事实上，大多数DSA相关出版物更侧重于主要用户检测和/或高效频谱分配的问题，并且在这样做时，假设某些控制信道实现对于次要用户是可用的。

为了实际实现控制通道，一些作者提出静态分配一些频谱带。这个实际提出了两个主要问题：一是需要静态频谱调节，这正是DSA旨在避免的一个问题。第二，选择的控制带可能很容易成为瓶颈。这在多跳场景中尤其如此，其中对控制信息交换的需求潜在地非常高（例如，不仅对于媒体访问，而且用于路由目的）。

已经提出了一些其他解决方案，其尝试通过动态地选择未使用的许可频带来执行次要用户控制来解决第一个问题

沟通;然而，这些建议没有解决控制瓶颈问题。

第5页 (共13页)

结论

当然，CAN的理想解决方案不仅需要解决控制信息交换的问题，而且还要有效地实现对可用频谱资源的有效利用。在这方面，应该注意的是，先前讨论的多重会合策略最初被提出作为单通道技术的扩展，最着名的是IEEE 802.11;特别地，在这些解决方案中看到的优点是仅仅通过使用多个通道，可以在单通道情况下实现网络容量的显着增加。然而，要注意的是，多通道网络的容量限制还远远没有达到多重交会方案，这更是解决问题的实际方法，而不采取系统的方法来最大限度地提高信道利用效率。

应该考虑到频谱有效使用的一个方面是在多跳网络中，通常只有一部分用户处于给定用户的干扰范围内。这通过频率重用来提高频谱利用率的可能性。不幸的是，在实践中，这需要更复杂的频谱分配策略，以及更多信息的可用性（例如每个用户的位置知识）。以分布式的方式是非常具有挑战性的。与此相关的问题是链路调度和路由问题：传统的自组织网络路由策略在多信道网络中是无效的，主要是因为给定的链路在任何时候都不能被激活，因为要求发送方和接收器在同一个通道上。理想情况下，应共同执行信道分配，链路调度和路由，以最大化频谱利用效率和网络性能。在这方面，已经提出了一些有趣的解决方案，但是它们具有要求集中式调度器的缺点。鉴于CAN的性质，需要一种分布式解决方案来实现实施。

到目前为止，我们还没有处理可能最具特色的CAN的特征：适用于二次频谱接入的频谱的这些部分的识别必须由次要用户自己使用感测技术来执行。从最近的文献中已经深入研究了从单个二次用户的角度进行感测的主题，并且已经提出了从简单的能量或匹配滤波器检测到复杂的循环平稳特征检测技术的几种解决方案。然而，如对于无线电接入频谱的情况所讨论的，对主要用户的二次干扰维持在一定阈值以下的要求转化为对单用户检测策略的灵敏度要求高到不符合成本效益，或者甚至完全不切实际，用现有技术实现这种检测器。3 多功能CAN中的DSA方案

我们考虑每个次要用户具有单个收发器的情况，因此可以在任何给定时间仅在单个信道上进行调谐。我们有一套次要用户和一组可用于无牌访问的渠道。为了设计在这种情况下有效的频谱接入方案，我们需要解决以下两个问题：如何使二级用户彼此协调，以及如何以有效的方式为这些用户分配频谱资源。

如上一节所述，这一领域的大多数以前的工作只解决了其中一个问题;相反，我们的方法旨在同时解决这两个问题。直观地，频谱分配和传输调度最好

第5页 (共13页)