吕玲_认知无线电cognitive radio network.ppt

Cognitive Radio Network 吕玲 学号：0130329008 电子信息与电气工程学院 自动化系 智能无线网络与协同控制中心（IWINC2） 宽带综合通信网的交换和业务量理论 目录 认知无线电（CR）的起源 基本原理 CR特点 CR功能 CR网络结构与应用 频谱感知 单用户频谱感知 合作感知 动态频谱分配与共享 频谱共享的两种机制 接入控制与资源分配 认知无线电的起源 静态频谱分配是高效利用频谱的一个瓶颈 大量授权频谱的利用率非常低 频谱管理机构需要一种能够更加智能的灵活的利用无线频谱资源的技术 认知无线电技术 CR特点 认知无线电技术的定义 2003年5月，FCC在NPRM中给出了CR的相对狭义的定义：“CR是指能够通过与工作的环境交互，改变发射机参数的无线电设备。” CR特点 具有认知功能的CR用户，通过智能感知频谱环境，自动搜寻并利用已分配给授权用户，但为被占用的“频谱空穴”，实现与授权用户的频谱共享。 要实现频谱感知CR的功能，CR应当具备的两大基本功能是认知能力和重配置能力。 CR特点 认知能力 获取或感知无线电环境信息的能力 监控一些感兴趣频段的功率 获取无线电环境的时空变化信息 避免对主用户产生干扰 重配置能力 根据无线电环境动态变化，调整传输工作参数，以适应当前的无线环境 可重配置的参数主要有：工作频段，调制方式，传输功率等。 CR功能 认知环 无线电环境 频谱决策 频谱感知 频谱分析 信道容量 射频激励 频谱空穴信息 频谱空穴信息 射频激励 传输信号 CR功能 具体功能 频谱特征有干扰等级、信道误码率、路径损耗、链路层延时和持续时间等。其中路径损耗受很多因素影响，在理论上给出一个确切的、完整的公式很困难。一般使用传统的统计传播模型，例如Hata模型。 CR网络结构与应用 CR网络结构 CR网络结构与应用 CR应用 单用户频谱感知 频谱感知的方法 认知用户通过对频谱感知，区分特定频段内是有效信号还是随机波动的噪声，从而确定这一频段是否有主用户，此频道是否可用。 合作感知 将多个认知用户检测到的信息相互合并，用来判断主用户是否。由于认知用户之间的合作频谱感知可以大大减少单个用户频谱感知的不确定性，因而合作频谱感知更加准确。按工作方式分为集中式和分布式。 集中式合作频谱感知 频谱共享的两种机制 Overlay model CRs 通过频谱感知，检测未被主用户占用的频段，然后机会式的动态的占用这些频段。 Underlay model CRs 只要保证对Pus的干扰在其忍受范围内，PU将此干扰视为噪声的时候，就可以与Pus同时在相同的频段传输。 干扰感知方法 避免对主用户产生干扰，不与主用户共存。 减轻干扰方法 单信道功率控制 多信道-信道选择 功率控制 接入控制与资源分配 频谱分配的主要目的就是根据CR用户的优先级、QoS等要求，公平而有效地分配一定数量的频谱资源，使得系统性能得到改善或逼近于最优状态。 频谱分配问题 分配算法的设计目标 理想的分配算法设计应能够最大化频谱利用率或系统吞吐量．但实际中，在最大化频谱利用率的同时，还须权衡考虑其他因素的影响，如公平性、收敛性等． 参与频谱共享的节点数目动态变化，且数量可能很大，算法需要具有良好的可扩展性，满足规模的可伸缩性 算法执行时间是有效 性的重要衡量标准．由 于可用频谱动态变化， 必须保证分配的实时性。降低系统开销和计算量 最大化次用户之间的公平性，避免“饿死”情况．高效性与公平性通常难于兼顾，算法设计通常需要在高效性和公平性之间达到某种平衡 频谱分配的最终目标是完成对可的合用频谱理分配，使得系统吞吐量和频谱利用率等性能达到最优． 功率分配算法 SU与PU之间没有信息交互, SU到PU的信道是不确定的. 如果他们同时使用同一信道，为了保证对PU的干扰在其忍受范围内，需要进行合理的功率分配. 基于OFDMA的uplink通信系统 优化问题 信道增益 N信道上K用户的功率 当 (3) 是凸的时候, 其闭式表达很难写出来. 即使（3）是凸的,因为包括对子载波的分配问题，整个优化问题也不是凸的。 Bernstein approximation σn2 ≥ 0，适合概率分布有关的常数 −1 ≤ μn−≤μn+≤ 1，是[-1,1]是ζn的范围 p是一个确定的参数向量, {ζn} 随机变量，其边缘函数为{πn}. 有界限制的信道 gk(n) 分布的界限为[ak(n), bk(n) ] αk(n) =(ak(n) - bk(n) ) ǂ0 ； βk(n) = (ak(n) + bk(n) ) 使用Lagrangian relaxation theo