认知无线电中的频谱共享技术
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｒ
二 ： 二 …一 …
图 ２ 集 中式 频 谱 共 享 网络 架 构
图 １ 频谱共享技术的分类
谱分配 ， 这可能会大大降低系统部署的复杂度 ， 提高
网络 的 可扩展 性 ，但 同时也 可 能引起 认 知用 户 间的
２ 频谱共享技 术
频谱共 享 ，就是 通 过无 线场 景感 知建 立 频谱 空
２３ ｎ ｅ ｌ ． Ｕ ｄ ｒ ｙ和 Ｏｖ ｒ ｙ式频 谱 共享 ａ ｅｌ ａ
系如 图 ４所示 ，其 中高 的实 线 白色 方体 表 示第 一
类 用 户 占用 的频 谱 和相 应 的发 射 功率 Ｐ，低 的虚 线
基 于频谱 接 入技术 的不 同 ，频谱 共享 技 术 被分
为 Ｕ ｄ ｒ ｙ和 Ｏ ｅｌ ｎ ｅｌ ａ ｖｒ ｙ两种 类 ￣ １１ ａ １ 。 １ ３
交互 ， 相应 的 也就需 要 消耗 更 少 的功率 ， 这 个 角度 从 来看 ，在 吞 吐量 和公平 性 性 能等 方而 的 劣势 又 可 以
得到 一定 程度 的 弥补 。
表 的则 是正 在被 认 知用 户使 用 的频谱 资 源块 。
Ｕ ｄｒ ｙ 谱 共享 使 用 已开 发 的 用于 蜂 窝 网络 ｎ ｅｌ 频 ａ
能大 大减 少通 信 的开销 ， 但会 导 致频 谱利用 率下 降 。
研究 表 明 ，协 作式 频谱 共享 方案 性能 优 于非协
分布式 解决 方案 主要 应用 在 不能 构建 集 中式 结
构 的场合 ， 在这 种情 况下 ， 个分 布式 节点 都 参 与频 每
作式 方 案 ，甚 至 可 以近似逼 近 全局优 化方 案性 能翻 。
集 中式 网络 架构 中 ， 有 一个 中央控制 单 元 ， 设 它
协作式频谱共享方案考虑节点通信对其他节点 产生的影响 ， 在节点问共享干扰信息 ， 因为每个节点
的感 知 能力有 限 ，协作 行 为可 以为 它们提 供必 要 的 信 息 以解 决全 局性 的 问题 。 协作 行 为考虑 了公 平性 ， 提高 了频 谱 的利用 率和 网络 的吞 吐量 ，但 要求 用户
Ｏ ｅｌｙ频 谱 共 享 本 质 上 是 一 种 基 于 认 知 无 线 ｖｒ ａ
红 色立 方体 表示 认 知用 户 占用 的频谱 和 相应 的发 射 功 率 Ｐ， 图 中可 以看 出 ， 知用 户将 自己信号 扩展 ２ 从 认 到 了整个 带宽 ，包 括正 在被 第 一类 用户 使用 的那 部
的扩 频技 术 ， 认知 用 户 占用 系统 的整 个带 宽 。这样 ， 任 何单 个认 知用 户 的干 扰信 号 在第一 类用 户看 来 就
近 似 于高斯 白噪声 ，但 多个 认 知用 户 的干扰 叠加 仍
然 能对 第一 类用 户造 成严 重 干扰 。 此时 ， 知用户 和 认
第 一类 用 户 占用 的频 谱资源 以及 相应 的 发射 功率 关
本 地 干扰 信息 ，而用户 群 与用户 群之 间是 相互 独立 的。 这样 ， 既可 以获 得一 定 的协 作性 能 ， 又可 以把 系 统复 杂度 控制 在一 定范 围 内 。
一个更通用的方案是 ， 网络中若干相邻认 探测感知的频谱信息汇集到中央控制单元 ，中央控 协作方案。 制单元负责各个认知用户的频谱配置 ，兼顾不用用
共 享川 。
复杂度和节点间需要交换的信息量都可以极大地降
低。
２２ 协 作式 与非 协作 式频 谱 共享 ．
基 于频谱 分 配行为 的不 同 ，频谱 共享 技术 被分 为协 作式 与非 协作 式两 种类 别 。
２１ 中式 与分 布式 频谱 共享 ．集 基 于 网络架 构 的不 同 ，频 谱 共享 技术 被 分为 集 中式 和分 布式两 种类 别 ［ ２ 】 。
户 的不 同需 求 ，尽可 能 地避 免认 知用 户 间的 相互 干
扰 。 图 ２所示 ， 中箭 头表 示 中央 控制 单元 与认 知 如 图
用 户 问 的信 令 和控制 信 息 的流动 ，基 于 收集 到 的可
用频谱信息， 中央控制单元建立频谱分配映射图。 基
与协作式频谱共享方案相反 ，非协作式方案仅
相互 干扰 ， 而造 成频谱 利 用率 下 降 ， 响整 个 网络 进 影
的性 能 。 年来 的相关 研 究表 明 ， 布式 频谱 共享方 近 分
案可 以逼 近集 中式 频谱 共享 的性 能 ，而 网络部 署 的
穴 检 测 ， 据感 知结果 调 节各 个发 射 机功 率输 出 ， 根 以 适 当的调制 编码 策略 选择 最合 适 的频 段进 行 可靠 的 通信 ， 自适 应时 变 的无 线 射频 环境 ， 现认 知 用户 与 实 第 一类 用户 之 间以及认 知用 户与 认知 用户 间 的频 谱
负责 动态 收集整 个 网络 的可 用频 谱信 息 、控 制频 谱 资源 的分配 和接 人 。 这种 架构 中 ， 在 频谱感 知 仍然 可 以是 分布式 的 ，网络 中的每 个分 布式 节点 都 把 自己
间信息的共享 ， 会引入额外的通信开销。 集中式解决
方案 可 以看作 是协 作式 的 ，同 时也存 在着 分 布式 的 知用 户组 成认 知用 户群 ，每个认 知用 户群 内部 共享
１ ．－．．．．
ＭＳＴＴ
． ． ．
Ｊｕｖ ｌ
＿ ￣
． ． ， — ．
２ １ ＝ …一… ～… 一 ０＿ … ｌ ＿ 一… …一
…
…
…
…
…
…
…
…
…
Ｍ
Ｎ Ｔ０ＵＴ ０ ＥＭＮ１ Ｌ Ｌ ＭｃＮ ＦＥ Ａｓ ｃ ｌ０
此外 ，协 作式 频谱 共享 方 案还 能 获得 更好 的用 户接 入公平 性 能 ，以及 更 高 的系统 吞 吐量性 能 。另一 方 面 ，非 协 作式 频 谱共享 方 案需 要更 少 的节 点 间信 息
考虑 节点 自己的Fra Baidu bibliotek 为 ， 因而 这种 方案 也被称 作 是 “ 自
私 ” ， 谱分 配 和 接人 基 于 本 地 的规 则 执行 ， 的 频 因此
于建立起的频谱分配映射图，频谱资源被合理配置
给相应 的认 知用 户 ，同 时频谱 效 率 和用户 接 人公 平
性 也 得到很 好 的平衡 。
二 ： 二 …一 …
图 ２ 集 中式 频 谱 共 享 网络 架 构
图 １ 频谱共享技术的分类
谱分配 ， 这可能会大大降低系统部署的复杂度 ， 提高
网络 的 可扩展 性 ，但 同时也 可 能引起 认 知用 户 间的
２ 频谱共享技 术
频谱共 享 ，就是 通 过无 线场 景感 知建 立 频谱 空
２３ ｎ ｅ ｌ ． Ｕ ｄ ｒ ｙ和 Ｏｖ ｒ ｙ式频 谱 共享 ａ ｅｌ ａ
系如 图 ４所示 ，其 中高 的实 线 白色 方体 表 示第 一
类 用 户 占用 的频 谱 和相 应 的发 射 功率 Ｐ，低 的虚 线
基 于频谱 接 入技术 的不 同 ，频谱 共享 技 术 被分
为 Ｕ ｄ ｒ ｙ和 Ｏ ｅｌ ｎ ｅｌ ａ ｖｒ ｙ两种 类 ￣ １１ ａ １ 。 １ ３
交互 ， 相应 的 也就需 要 消耗 更 少 的功率 ， 这 个 角度 从 来看 ，在 吞 吐量 和公平 性 性 能等 方而 的 劣势 又 可 以
得到 一定 程度 的 弥补 。
表 的则 是正 在被 认 知用 户使 用 的频谱 资 源块 。
Ｕ ｄｒ ｙ 谱 共享 使 用 已开 发 的 用于 蜂 窝 网络 ｎ ｅｌ 频 ａ
能大 大减 少通 信 的开销 ， 但会 导 致频 谱利用 率下 降 。
研究 表 明 ，协 作式 频谱 共享 方案 性能 优 于非协
分布式 解决 方案 主要 应用 在 不能 构建 集 中式 结
构 的场合 ， 在这 种情 况下 ， 个分 布式 节点 都 参 与频 每
作式 方 案 ，甚 至 可 以近似逼 近 全局优 化方 案性 能翻 。
集 中式 网络 架构 中 ， 有 一个 中央控制 单 元 ， 设 它
协作式频谱共享方案考虑节点通信对其他节点 产生的影响 ， 在节点问共享干扰信息 ， 因为每个节点
的感 知 能力有 限 ，协作 行 为可 以为 它们提 供必 要 的 信 息 以解 决全 局性 的 问题 。 协作 行 为考虑 了公 平性 ， 提高 了频 谱 的利用 率和 网络 的吞 吐量 ，但 要求 用户
Ｏ ｅｌｙ频 谱 共 享 本 质 上 是 一 种 基 于 认 知 无 线 ｖｒ ａ
红 色立 方体 表示 认 知用 户 占用 的频谱 和 相应 的发 射 功 率 Ｐ， 图 中可 以看 出 ， 知用 户将 自己信号 扩展 ２ 从 认 到 了整个 带宽 ，包 括正 在被 第 一类 用户 使用 的那 部
的扩 频技 术 ， 认知 用 户 占用 系统 的整 个带 宽 。这样 ， 任 何单 个认 知用 户 的干 扰信 号 在第一 类用 户看 来 就
近 似 于高斯 白噪声 ，但 多个 认 知用 户 的干扰 叠加 仍
然 能对 第一 类用 户造 成严 重 干扰 。 此时 ， 知用户 和 认
第 一类 用 户 占用 的频 谱资源 以及 相应 的 发射 功率 关
本 地 干扰 信息 ，而用户 群 与用户 群之 间是 相互 独立 的。 这样 ， 既可 以获 得一 定 的协 作性 能 ， 又可 以把 系 统复 杂度 控制 在一 定范 围 内 。
一个更通用的方案是 ， 网络中若干相邻认 探测感知的频谱信息汇集到中央控制单元 ，中央控 协作方案。 制单元负责各个认知用户的频谱配置 ，兼顾不用用
共 享川 。
复杂度和节点间需要交换的信息量都可以极大地降
低。
２２ 协 作式 与非 协作 式频 谱 共享 ．
基 于频谱 分 配行为 的不 同 ，频谱 共享 技术 被分 为协 作式 与非 协作 式两 种类 别 。
２１ 中式 与分 布式 频谱 共享 ．集 基 于 网络架 构 的不 同 ，频 谱 共享 技术 被 分为 集 中式 和分 布式两 种类 别 ［ ２ 】 。
户 的不 同需 求 ，尽可 能 地避 免认 知用 户 间的 相互 干
扰 。 图 ２所示 ， 中箭 头表 示 中央 控制 单元 与认 知 如 图
用 户 问 的信 令 和控制 信 息 的流动 ，基 于 收集 到 的可
用频谱信息， 中央控制单元建立频谱分配映射图。 基
与协作式频谱共享方案相反 ，非协作式方案仅
相互 干扰 ， 而造 成频谱 利 用率 下 降 ， 响整 个 网络 进 影
的性 能 。 年来 的相关 研 究表 明 ， 布式 频谱 共享方 近 分
案可 以逼 近集 中式 频谱 共享 的性 能 ，而 网络部 署 的
穴 检 测 ， 据感 知结果 调 节各 个发 射 机功 率输 出 ， 根 以 适 当的调制 编码 策略 选择 最合 适 的频 段进 行 可靠 的 通信 ， 自适 应时 变 的无 线 射频 环境 ， 现认 知 用户 与 实 第 一类 用户 之 间以及认 知用 户与 认知 用户 间 的频 谱
负责 动态 收集整 个 网络 的可 用频 谱信 息 、控 制频 谱 资源 的分配 和接 人 。 这种 架构 中 ， 在 频谱感 知 仍然 可 以是 分布式 的 ，网络 中的每 个分 布式 节点 都 把 自己
间信息的共享 ， 会引入额外的通信开销。 集中式解决
方案 可 以看作 是协 作式 的 ，同 时也存 在着 分 布式 的 知用 户组 成认 知用 户群 ，每个认 知用 户群 内部 共享
１ ．－．．．．
ＭＳＴＴ
． ． ．
Ｊｕｖ ｌ
＿ ￣
． ． ， — ．
２ １ ＝ …一… ～… 一 ０＿ … ｌ ＿ 一… …一
…
…
…
…
…
…
…
…
…
Ｍ
Ｎ Ｔ０ＵＴ ０ ＥＭＮ１ Ｌ Ｌ ＭｃＮ ＦＥ Ａｓ ｃ ｌ０
此外 ，协 作式 频谱 共享 方 案还 能 获得 更好 的用 户接 入公平 性 能 ，以及 更 高 的系统 吞 吐量性 能 。另一 方 面 ，非 协 作式 频 谱共享 方 案需 要更 少 的节 点 间信 息
考虑 节点 自己的Fra Baidu bibliotek 为 ， 因而 这种 方案 也被称 作 是 “ 自
私 ” ， 谱分 配 和 接人 基 于 本 地 的规 则 执行 ， 的 频 因此
于建立起的频谱分配映射图，频谱资源被合理配置
给相应 的认 知用 户 ，同 时频谱 效 率 和用户 接 人公 平
性 也 得到很 好 的平衡 。