認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的動態(tài)信道分配技術(shù)探析

王凌燕

摘要：隨著現(xiàn)代電子通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，各式各樣的電子移動終端都可以通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)獲得信息資源，但是這種不通過授權(quán)就得到資源分配的方式，將使得網(wǎng)絡(luò)通道發(fā)生擁擠，而傳統(tǒng)意義上的頻譜分配方式又會使很多頻道的資源閑置，造成極大的資源浪費(fèi)，因此，本文將主要針對現(xiàn)代認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的動態(tài)信道分配技術(shù)和分配模式進(jìn)行討論，希望能夠在方便用戶使用的同時(shí)，提高資源的利用效率。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知無線電；信道；分配

中圖分類號：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）01-0026-02

認(rèn)知無線電概念的出現(xiàn)，給現(xiàn)代人們提供了一種新的信號資源利用理論思路，通過對動態(tài)信道的分配，能夠有效地利用好現(xiàn)有的頻譜資源，使更多的用戶參與到無線網(wǎng)絡(luò)的使用當(dāng)中，同時(shí)還提高了無線電信號的傳輸質(zhì)量和傳遞效率，避免了其他不同頻段的信號干擾，提高了用戶的使用滿意度，成為了現(xiàn)代電子通訊技術(shù)當(dāng)中的一項(xiàng)重大發(fā)明。

1 什么是認(rèn)知無線電

1.1 定義

認(rèn)知無線電也被認(rèn)為是智能化無線電當(dāng)中的一種，這種無線電具有較高的靈活性以及無線電信號的可配置性，它可以充分利用智慧化的操作手段，有選擇性去改變一些無線電信號網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的參數(shù)值，例如信號的傳送功率，信號的載波頻率等，這種無線電信號的傳送可以不受到時(shí)間、空間上的限制，進(jìn)而對頻譜的資源進(jìn)行合理的分配，因而認(rèn)知無線電實(shí)質(zhì)上就是一種頻譜感知和智能化的技術(shù)手段，來達(dá)到頻譜的動態(tài)分配目的，進(jìn)而在頻譜分配中實(shí)現(xiàn)資源共享[1]。

1.2 特點(diǎn)

認(rèn)知無線電最大的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在它對周圍環(huán)境變化的感知和非常強(qiáng)大的適應(yīng)能力上面，從而根據(jù)環(huán)境的變化來進(jìn)行自身參數(shù)上的調(diào)整，進(jìn)而增強(qiáng)無線信號傳送的安全性。

首先，認(rèn)知無線電能夠最大范圍地搜索無線信號資源，然后尋找到頻譜中漏洞和空缺的地方，進(jìn)而建立起一種屬于自己的信號庫，在感受頻譜的過程中，還可分為主動尋找頻譜和被動接受頻譜兩種方式，認(rèn)知無線電的信號系統(tǒng)終端可以進(jìn)行射頻信號的前端發(fā)射，通過射頻信號進(jìn)行頻譜采集，分析采集到的數(shù)據(jù)信息可以進(jìn)一步進(jìn)行加工和整理，射頻信號采集是主動采集的一種方式，可以有效地掌握到當(dāng)時(shí)信號頻譜的使用情況。而被動采集信號主要指的是針對頻譜本身的分析，需要選擇一定區(qū)域作為了解頻譜情況的觀測范圍。

其次，認(rèn)知無線電還具有一定的分析能力和決策能力，很多無線電的使用者常常會為了提高無線電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的系統(tǒng)性能去對接受到的信號結(jié)果進(jìn)行決策，然后根據(jù)決策結(jié)果減少對其他無線電用戶的信號干擾。

再次，一些認(rèn)知無線電能夠運(yùn)用航天衛(wèi)星GPS智能導(dǎo)航系統(tǒng)來確定自己的位置，進(jìn)而減少由于地理原因造成的信號衰弱，然后根據(jù)自身實(shí)際的地理位置來設(shè)定適當(dāng)?shù)男盘柊l(fā)射頻率和信號參數(shù)的調(diào)制[2]。

2 動態(tài)信道分配

事實(shí)上，在無線網(wǎng)絡(luò)信號的傳遞中，信道的資源是非常有限的，要想提高信號傳遞的數(shù)量，必須要對信道進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，將頻譜設(shè)計(jì)成為互相獨(dú)立，不會受到干擾的單獨(dú)信道，一般分配的方法有固定、動態(tài)以及混合三種分配方式，應(yīng)用最為廣泛的即是本文所述的動態(tài)信道分配，在資源的分配上并不固定在某一個(gè)特定的范圍內(nèi)，而是先將所有的信道資源收集整合在一起，然后再統(tǒng)一進(jìn)行分配，在進(jìn)行動態(tài)信道的分配時(shí)，要事先掌握好一定范圍的信號總和，根據(jù)不同信道的不同傳遞質(zhì)量來確定最終的信道位置。

3 動態(tài)信道在認(rèn)知無線電中的分配情況

3.1 頻譜分配

在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的信號傳遞過程中，頻譜分配主要分成動態(tài)分配和靜態(tài)分配，靜態(tài)的分配方式不是很靈活，所應(yīng)用的范圍比較窄，在此不過多地進(jìn)行贅述。而動態(tài)的頻譜分配則是一個(gè)不斷進(jìn)行自我調(diào)整的過程中，分配系統(tǒng)可以采取科學(xué)的決策方式來進(jìn)行頻譜的資源分配與整合，從而讓大多數(shù)客戶的需求能夠得到滿足，與此同時(shí)，對頻譜進(jìn)行有效的分配還可以大幅度提高無線通信網(wǎng)絡(luò)的性能，充分利用頻譜資源，減少頻譜資源的不合理浪費(fèi)[3]。

3.2 信道分配原則

在進(jìn)行動態(tài)信道的資源分配時(shí)，理論上是要讓所有用戶都能夠在通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)無線電信號的信息傳遞，找到需要的頻譜資源，在信道資源分配過程中，一定要把握好兩個(gè)原則，其一是要保證動態(tài)信道傳輸?shù)撵`活性能，比如說有的認(rèn)知無線電信號使用的頻譜資源并沒有得到相應(yīng)用戶的授權(quán)，這時(shí)候有權(quán)限的用戶如果使用了這段頻譜，另一方的認(rèn)知無線電使用者就會被踢出這一頻譜范圍，因而要想保證信號傳輸不被中斷，就要保證信道分配的靈活。其二，要明確動態(tài)信道系統(tǒng)分配的主要目的，就是要對有限的頻譜資源進(jìn)行整合并加以全面性利用，不要讓過多的頻譜浪費(fèi)掉，因而動態(tài)信道的另一分配原則就是要保證整個(gè)無線電通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，根據(jù)用戶的需求來完成認(rèn)知。

4 動態(tài)信道的分配管理

4.1 動態(tài)信道的頻譜分配管理

需要明確的是，在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸過程中，頻譜的分配管理對于動態(tài)信道的分配管理來說非常重要，只有確保頻譜資源的合理分配，才會盡可能地減少出現(xiàn)信道分配失誤的可能性，也就是說，根據(jù)頻譜分配的情況來進(jìn)一步確定信道的分配，因而必須要做好頻譜的分配管理工作，進(jìn)而找到最為合適的通訊信道[4]。

4.2 公共控制管理

所謂公共控制管理指的則是，需要采用頻譜交集的方式來對一定范圍內(nèi)用戶所使用的認(rèn)知無線電信號進(jìn)行整理，從而確定公共信道的頻譜范圍。

4.3 構(gòu)建動態(tài)信道的無線電分配模型

認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)傳輸過程當(dāng)中的動態(tài)信道分配模型的構(gòu)建要求比較簡潔，一般采用“0，1”型的模式進(jìn)行標(biāo)識，“0”的意思是這一頻譜中的信道頻段已經(jīng)被其他終端使用，此頻段當(dāng)前用戶不能使用，而“1”的意思則代表這一頻段是空缺著的，可以被當(dāng)前用戶所使用。在“0，1”型的動態(tài)信道分配下，通常需要認(rèn)知無線電發(fā)射最大的功率信號，以觀測當(dāng)前使用者最遠(yuǎn)的使用距離，當(dāng)檢測不到信道頻段時(shí)，即可了解這段頻譜資源的覆蓋范圍。

5 動態(tài)信道分配技術(shù)中的算法研究

認(rèn)知無線電本身具有一定的環(huán)境感知功能，因而它使用了中心集控式的頻譜分配算法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了自動學(xué)習(xí)和參數(shù)改進(jìn)，在進(jìn)行動態(tài)信道的檢測分配過程匯總，能夠準(zhǔn)確地找到可使用的閑置頻譜，然后在頻段的資源分配過程中得到參數(shù)調(diào)整，設(shè)置新的載波發(fā)射頻率以及無線電信號的發(fā)射時(shí)間，將一些可使用的信號資源轉(zhuǎn)移到空閑的頻段上面去，加強(qiáng)動態(tài)信道當(dāng)中各頻譜資源的有效利用水平。在具體的算法操作中，可以這樣理解，頻譜的使用者可以擁有該頻譜下面的各個(gè)頻段信道，認(rèn)知后的用戶還可以延續(xù)對頻譜的分配和使用。所謂的“干擾”機(jī)制主要指的是那些已經(jīng)被授權(quán)的用戶和沒被授權(quán)的用戶之間的有一個(gè)協(xié)調(diào)機(jī)制，在無線電網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)默認(rèn)只有一個(gè)已經(jīng)被授權(quán)的用戶可以正常使用該系統(tǒng)，干擾機(jī)制的存在就是要設(shè)立一個(gè)門檻，這個(gè)門檻的范圍要以已經(jīng)被授權(quán)的用戶正常使用時(shí)的最差信噪比來設(shè)計(jì)的，然而在檢測的過程中，會有一些認(rèn)知無線電信號在一定的頻譜區(qū)域內(nèi)檢測有沒有已經(jīng)被授權(quán)的用戶在向外界發(fā)射信號，假如有找到已經(jīng)被授權(quán)的信號，就代表該用戶是存在的，而且沒被授權(quán)的用戶是不可以使用這段頻譜內(nèi)的所有頻段的[5]。

5.1 MB DCA算法

當(dāng)出現(xiàn)沒有授權(quán)的用戶來獲取頻譜資源時(shí)，需要設(shè)計(jì)3種情況下的“干擾溫度”分配方式，也就是正常分配、預(yù)警分配以及逃離分配方案，以下是分配技術(shù)方案的具體算法：

第一，當(dāng)原本的使用用戶數(shù)量比較少，而頻譜資源又很充足的時(shí)候，可以采用時(shí)分同步碼分多址，也就是中國移動所設(shè)計(jì)的頻譜編碼方式來獲取資源。

第二，一旦發(fā)現(xiàn)有新的用戶要獲取進(jìn)入權(quán)限時(shí)，可以進(jìn)行靈活性的邊界移動方式來進(jìn)行動態(tài)進(jìn)入，并且還可以充分使用認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)來獲得快速、準(zhǔn)確的閑置頻譜范圍。

第三，當(dāng)MB DCA無線電算法開始啟動后，會有一段時(shí)間的信道堵塞的狀況出現(xiàn)，因而需要進(jìn)行頻道的轉(zhuǎn)移，這時(shí)候可以根據(jù)認(rèn)知到的無線電得知當(dāng)時(shí)的頻道狀況，通過沒有得到授權(quán)的用戶向已經(jīng)獲得授權(quán)的用戶提出進(jìn)入申請，得到授權(quán)用戶的允許后方可進(jìn)入頻道。

第四，當(dāng)授權(quán)進(jìn)入申請成功以后，還需要進(jìn)一步將這段頻道重新分配給新增加的用戶，從而獲得相應(yīng)的載波分配方案等，一定要確保信道的通訊環(huán)境不會受到影響，還要記得重新開啟“干擾溫度”的控制程序。

第五，如果“干擾溫度”程序恢復(fù)正常的使用狀況，就意味著剛才新進(jìn)入的用戶可以使用該信道的通訊資源，如果“干擾溫度”程序已經(jīng)變成了預(yù)警狀態(tài)時(shí)，就需要對其他授權(quán)用戶進(jìn)行保護(hù)，使得無線電網(wǎng)絡(luò)中心控制系統(tǒng)進(jìn)入到轉(zhuǎn)移下，而如果用戶申請的是頻譜上其他的頻道資源的話，就要再從第三點(diǎn)開始做起，而用戶如果開始逃離的話，就意味著該用戶的此次申請失敗，也就造成了信道堵塞現(xiàn)象的出現(xiàn)。

這種算法的出現(xiàn)又重新改進(jìn)了MB DCA無線電網(wǎng)絡(luò)的信道分配方式，同時(shí)還運(yùn)用了認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢和特點(diǎn)將閑置的頻段找到并加以利用，也可以說是將已經(jīng)擁有的信道資源進(jìn)行了頻率轉(zhuǎn)變，將整個(gè)無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的容量進(jìn)行了擴(kuò)充，不過在真正的動態(tài)變化當(dāng)中，還是會遇到許多問題，例如對閑置的頻道資源是應(yīng)該怎樣去進(jìn)行正確的快速感知，動態(tài)信道在進(jìn)行邊界移動分配和頻道轉(zhuǎn)移分配時(shí)應(yīng)該如何做出正確的選擇，還有對干擾熱度程序的選擇上，都會對算法的分配結(jié)果造成影響，破壞算法應(yīng)有的性能，因而需要在不斷的試錯過程中得到改正。

5.2 仿真模型分析

做信道分配技術(shù)的仿真模型分析是為了研究無線電網(wǎng)絡(luò)信息在不同分配策略中的運(yùn)行結(jié)果，對語音結(jié)果的堵塞概率，信號數(shù)據(jù)的完整性有沒有受到影響，一般在仿真模型中設(shè)置的信道資源容量為24，實(shí)驗(yàn)所采用的語音和數(shù)據(jù)都是隨機(jī)而生的，數(shù)據(jù)總量分配服從泊松分布。在下一步的MB DCA仿真模型運(yùn)行時(shí)，加入出現(xiàn)了三個(gè)或者三個(gè)以上的信道堵塞，就意味著該無線網(wǎng)絡(luò)使用的是頻帶轉(zhuǎn)移的分配策略。在對干擾溫度程序的設(shè)計(jì)上面，一般情況下授權(quán)用戶的信噪比為-3dBm，“干擾溫度”程序運(yùn)行的正常狀態(tài)下信噪比大于等于-2dBm，預(yù)警狀態(tài)下的信噪比要大于等于-3dBm，并小于等于-2dBm，在逃離狀態(tài)下的信噪比要小于等于-3dBm。而針對有沒有閑置頻道資源可以進(jìn)行使用，如果沒有進(jìn)行頻率測試的話，要測試沒有進(jìn)行授權(quán)的用戶能否成功申請進(jìn)入，申請結(jié)果也是自然產(chǎn)生的，服從二項(xiàng)分布[6]。

6 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合當(dāng)前動態(tài)信道技術(shù)分配的實(shí)際發(fā)展情況來看，社會上對無線網(wǎng)絡(luò)的使用量只會越來越多，為了給用戶提供更好的使用體驗(yàn)，必須要提高對頻譜的使用率，并通過認(rèn)知無線電的技術(shù)方式來實(shí)現(xiàn)對動態(tài)信道的分配管理，盡可能地利用好現(xiàn)有的頻道資源，在頻譜分配的過程中，充分發(fā)揮出認(rèn)知無線電的作用。

參考文獻(xiàn)

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