基于認知無線電技術的動態頻譜分配方案研究

【文章摘要】

本文在分析認知無線電技術及其相關問題的基礎上，提出一種基于認知無線電技術的動態頻譜分配方案，并通過仿真實驗對于該方案的可行性進行分析驗證，以促進無線網絡基礎的進一步發展與推廣應用。

【關鍵詞】

認知無線電技術；動態頻譜；分配；無線傳輸

認知無線電技術是無線網絡信息技術不斷發展以及推廣應用基礎上，為滿足無線網絡數據信息傳輸客戶更高的網絡信息傳遞與通訊需求而應用實現的一種技術手段，它不僅能夠實現數據信息傳輸過程中用戶終端所處環境頻譜資源以及空閑信息的自適應感知，同時也能夠通過動態頻譜分配技術有效的解決數據信息傳輸與資源分享過程中的傳輸擁堵、資源稀缺等問題，能夠為移動無線客戶提供高效穩定以及安全可靠的無線傳輸與網絡分享服務。近年來，隨著無線電技術的發展以及在實際中的推廣應用，人們在實現無線網絡自由接入的情況下，對于無線電技術以及無線網絡資源的需求也越來越高，這樣一來就造成無線網絡所傳輸分享的資源日益緊缺，使當前的無線網絡資源分配模式受到較大的考驗，針對這種情況，采用認知無線電技術實現無線網絡資源的實時有效以及合理分配，保證無線網絡客戶信息傳輸與資源分享的安全性、高速性、有效性已經逐漸成為無線網絡技術領域中研究和關注的重點。下文將通過對于認知無線電技術及其相關問題的分析概述，借助認知無線電技術在網絡信息傳輸應用中資源信息分配優勢，提出一種基于認知無線電技術的動態頻譜分配方案，并通過仿真實驗對該方案的可行性進行驗證論述，以促進無線電技術及其在網絡信息傳輸中的推廣應用。

1 認知無線電技術及其相關問題的分析

傳統的網絡傳輸與信息資源分配技術條件下，所實現的網絡資源分配與利用的概率最高約為85%，并且隨著無線網絡技術的進一步發展以及使用客戶數量的增多、對于無線網絡傳輸要求的進一步提升，這種網絡傳輸與資源分配技術所能夠實現的信息資源傳輸分配現狀已經越來越不能夠滿足發展的需求，針對這種情況，結合認知無線電技術進行資源信息傳遞分配的結構原理，在實現資源信息傳輸分配過程中不僅能夠結合當前所處的環境對于無線電網絡傳輸頻譜中的空閑資源與信息進行自適應感知，同時還能夠借助動態頻譜分配技術實現空閑資源的合理分配，從而解決無線電傳輸資源緊缺與通訊通道擁堵等情況，對于保證無線電客戶信息傳遞的高效性以及安全性有著重要的積極作用和意義。

在認知無線電技術支持下的無線網絡空閑資源動態合理分配的實現，主要是由于借助認知無線電技術實現的網絡通訊連接中，相關的網絡連接節點能夠進行環境感知以及通訊傳輸參數資源的重新配置，這是之前所應用的無線電技術所不具備的作用功能。尤其是隨著無線網絡環境下頻譜資源緊缺現象的日益嚴重以及頻譜資源利用率比較低等相關問題的日益突出，利用認知無線電技術實現頻譜資源的有效利用與合理分配已經越來越受關注和重視。需要注意的是，在現有的研究成果中對于基于認知無線電技術的動態頻譜分配方案的相關研究仍存在有一定的問題，像在進行無線網絡環境中的空閑頻譜資源以及信息的屬性特征的描述、滿足無線網絡傳輸媒介與信息資源本身的多樣性特征下的動態頻譜分配需求、實現空閑頻譜資源利用率和網絡傳輸頻譜的靈活切換之間的聯合優化等，都是基于認知無線電技術的動態頻譜分配方案研究中所存在的突出問題，也是當前關注和需要進行研究解決的重要問題。

2 基于認知無線電技術的動態頻譜分配方案

對于基于認知無線電技術的網絡信息通訊傳輸特征的分析，根據當前網絡信息傳輸的嚴峻形勢以及人們對于網絡信息傳輸的更高要求，在分析現有的認知無線電技術網絡環境下數據信息通信傳輸問題的情況下，本文所提出的認知無線電技術的動態頻譜分配方案主要是由認知用戶終端與網絡通訊傳輸端口共同進行數據信息傳遞的參與決策，并在參與決策過程中實現動態頻譜的優化配置的分配解決方案。該方案在實際分配與解決中主要包括認知用戶終端以及網絡終端兩個重要端口與核心計算配置區域，其中，認知用戶終端在實現動態頻譜的計算分配中，主要是結合當前網絡環境下無線網絡的接入需求以及網絡信息傳輸需求，通過多屬性解決方案進行空閑頻譜資源的計算分配，同時，在網絡終端通過聯合匹配優化計算方法對于網絡傳輸環境下的空閑頻譜資源進行計算和合理配置應用，以滿足網絡通訊傳輸需求，解決網絡傳輸中的頻譜資源緊缺和資源利用率較低的問題。如下圖1 所示，即為本文所提出的基于認知無線電技術的動態頻譜分配方案的結構示意圖。

圖1 基于認知無線電技術的動態頻譜分配方案的結構示意圖

根據上圖所示的基于認知無線電技術的動態頻譜分配方案，在實際應用中該方案主要包括留個結構功能，即頻譜分配與決策功能、性能評估功能和頻譜排序選擇功能、通訊功能、終端感知功能等。其中，頻譜分配與決策功能主要是在收集認知用戶空閑頻譜資源檢測和應用需求的基礎上，結合網絡傳輸環境中的資源通信傳輸情況，進行新的分配決策的制定，以實現網絡空間資源的合理、有效分配；性能評估功能主要是通過網絡系統中的頻譜分配決策歷史信息的記錄，再加上對于認知用戶終端反饋信息的收集，實現頻譜分配決策的制定；該分配方案中的頻譜排序選擇功能主要是結合網絡服務應用的質量需求，再加上對用戶的空間資源喜好程度的分析，以實現空間資源的分配，保證用戶的空間資源服務質量。此外，終端功能是對于認知用戶的無線網絡服務以及空間資源需求的感知，是實現動態頻譜分配的重要依據和參考。其中，在上述動態頻譜分配方案中，頻譜分配中的排序選擇功能結構模塊在實現動態頻譜的排序選擇中，主要是通過相關計算實現動態頻譜與空間資源的選擇分配，一般情況下，進行動態頻譜選擇排序所使用的計算方法為多屬性決策方法。比如，在一個認知用戶為i 的無線網絡結構中，如果假設能夠進行使用的頻譜資源中的空閑頻譜資源數為m，其空閑頻譜資源的屬性指標特征為k 個，并在假設空閑頻譜資源屬性特征權重向量為W 的情況下，就可以進行空閑頻譜資源選擇問題的正理想解和負理想解，分別用下列計算公式（1）和計算公式（2）進行表示。

（1）

（2）

根據公式，在計算出公式中的距離值的情況下對于各個空閑頻譜資源以及分配理想方案的相對貼近度進行計算，以實現動態頻譜的合理有效分配。

3 結束語