频谱池在认知无线电中的应用.docx
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1、 频谱池在认知无线电中的应用 江磊北京邮电大学信息与通信工程学院硕士研究生高月红北京邮电大学信息与通信工程学院讲师张欣北京邮电大学信息与通信工程学院副教授杨大成北京邮电大学信息与通信工程学院教授摘要:认知无线电CR(Cognitive Radio)能够有效解决频率资源的稀缺性和低利用率之间的矛盾,使得频率资源得到更好的利用。在CR系统中使用频谱池可以进一步提高频谱利用率。本文首先介绍了频谱池的概念和原理,然后对频谱池实现相关同题进行了探讨,并分析了频谱池的应用前景。关键词:认知无线电,频谱池1引言随着社会和经济的发展,人们对无线带宽的需求逐渐增加。但是,频率资源是有限的,而且大部分的频段已经分
2、配给了授权用户(LU:Licensed User),导致可分配给新用户的频率十分稀缺。而另一方面,实际测量表明,这些已经分配的授权频段并没有得到充分利用,它们大部分时间都处于空闲状态。频率资源的稀缺性和低利用率的矛盾促使了认知无线电(CR:Cognit来自www.Lw5U.coMive Radio)的提出。认知无线电的思想是认知用户(CU:Cognitive User)能够感知其所在环境的频谱使用情况,选择LU暂时没有使用的子频段进行传输。此外,在认知无线电中使用频谱池技术,可以进一步的提高频谱利用率。本文接下来将首先介绍频谱池的概念和思想,然后探讨应用频谱池时遇到的技术问题及目前这些问题的解
3、决情况,最后综述全文并分析频谱池的应用前景。2频谱池介绍频谱池的概念最早是在4中提出的。主要目标是在对已存在的授权系统不做任何修改的情况下,通过引进一个租赁系统( RS:Rental System)的方式,来提高频谱利用率。我们可以用图l来总结频谱池的工作原理。从频谱池的概念中可以看出,租赁系统RS需要对原系统的频率使用情况有高度的感知,以便能够有效利用原系统空闲的频率资源。正交频分复用技术(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multi-plexing)调制方式很适用于频谱池的应用。因为OFDM系统能够预留一部分子载波,相当于提供了自适应传输过滤,也能够灵活
4、地对子频带资源进行操作。在频谱池系统中应用OFDM,其基本思想是将授权系统(LS:Licensed System)的子频带带宽与整数个租赁系统RS的子载波间隔F匹配。图2所示为4个RS子载波匹配一个LS子频带带宽的情况。另外,在应用OFDM时要满足信道的相干时间比OFDM符号的时间TS大,信道的相干带宽比OFDM的载波间隔F大,以保证OFDM符号传输时间内信道保持不变,减少码间干扰。使用OFDM调制方式,一方面可以利用OFDM对子载波操作的便利性,将空闲子载波分配0向量,这样可以减少发射功率。而且当RS只使用LS空闲子频带中的子载波进行传输时,可以保证RS和LS在互相干扰很小的情况下共存。另一
5、方面,RS对LS的频率使用情况的探测时需要使用快速傅里叶变换(FFT:Fast Fourier Transform),而在LS中对OFDM信号的解调采用的也是FFT,因此系统不需要引入额外的开销。虽然在认知无线电系统中使用频谱池可以有效提高频谱利用率,而且OFDM的引入使频谱池的实现变得更加方便,但是频谱池在实现时仍会遇到许多问题,如频谱池的建立、干扰的产生和抑制、切换和调度等。下面将就这些问题进行分析并介绍目前的解决状况。3频谱池实现中的关键问题3.1频谱池的建立频谱池的建立分为三步,如图3所示。首先租赁系统用户( RSU:Rental System User)感知频谱使用情况,然后RSU将
6、感知得到的信息发送给接入点(AP:Access Point),AP根据这些感知信息分析得到可用的空闲频段,从而形成频谱池,最后AP将频谱池信息进行广播。(1)RS终端的频谱感知频率接入探测过程有两个前提假设:第一,在RS探测频谱时间内,上层协议必须保证所有的RS用户保持沉默,即空中只有LS发射的功率;第二,频谱探测是在最坏场景下进行的,即RS用户和LS用户之间没有直视线路的情况,因为当两者之间有直视路径时,检测到的LS功率将会比较大,从而使检测结果更好。频谱探测可以分为两种类型:RS用户单独探测和联合的分布式探测。当采用单独探测,即每个RSU单独探测频谱环境并形成自己的频谱池时。由中心极限定理
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