基于能效的认知无线电频谱接入算法.docx

基于能效的认知无线电频谱接入算法
1.引言
认知无线电技术(CognitiveRadio,CR)是现代无线通信领域的一项重要技术。在传统无线通信系统中，频谱资源的分配是由预先分配的频段和频宽来决定的。这种分配方式存在严重的效率问题，并限制了无线通信的发展。认知无线电技术通过智能地感知频谱环境，动态地选择可用频带，使频谱资源得到更加充分和有效的利用，在提高频谱利用率的同时满足了无线通信的需求。
其中，频谱接入算法是CR系统中的一个核心问题，目的是让CR终端能够在未影响其它用户通信的情况下，占用未使用的频带，从而提高频谱利用率。因此，一种基于能效的认知无线电频谱接入算法的研究显得尤为重要。
2.相关工作
目前，频谱接入算法研究成果丰富，主要有基于动态规划、最优化、遗传算法、人工神经网络和机器学习等多种方法。其中，基于最优化方法的研究相比其他方法更为成熟和实用。但是，针对频谱接入过程中的能效问题，研究相对较少，需要进一步探索。
3.基于能效的认知无线电频谱接入算法
为了最大化频谱利用率的同时满足能效要求，本文提出了一种基于能效的认知无线电频谱接入算法。该算法分为三步：感知频谱环境、选择相应的频带、判定频带是否满足能效要求。
3.1感知频谱环境
感知频谱环境是认知无线电技术的核心。在本算法中，CR终端感知周围的频谱环境，选择周围的未使用频带。在感知时，CR终端需要收集其它用户的通信信息，以便在选择占用频带时，能够最小化其它用户的影响。具体而言，CR终端首先进行扫频，开启其无线电接收设备，接收所有可以收到的信号。然后使用功率谱密度算法对信号进行解调，识别每个信号相应的频带和信号强度等信息。
3.2选择相应的频带
当CR终端感知周围的频谱环境后，需要通过选择相应的频带来完成频谱接入。在选择过程中，首先将可用频带分为三类：完全可用、部分可用和有限可用。完全可用表示该频带完全空闲，不受其它用户占用。部分可用表示该频带部分空闲，但存在一些用户正在通信。有限可用表示该频带已被其它用户完全占用，无法使用。在选择频带时，CR终端将优先选择完全可用的频带。如果完全可用的频带不存在，则选择部分可用的频带。
3.3判定频带是否满足能效要求
在选择相应的频带后，CR终端需要进行能效判定，并选择最优的频带。为了使能耗最小化，CR终端选取曼彻斯特色。曼彻斯特等长编码规定收、发两个相邻符号的间隔时间为符号时间的一半，以减少能耗。发送方和接收方在确定第二个符号是否完整接收到时，就要结合上一个发送符号的中心时刻和两个符号的间隔时间，算出两端时钟的误差。如果误差不大于一个符号时间的一半就算正确接收，否则就判定为错误接收。
4.实验结果分析
为了验证算法的可行性和有效性，进行了一组实验。在实验中，分别比较了基于基于能效的认知无线电频谱接入算法与基于最优化的认知无线电频谱接入算法的能效。结果表明，基于能效的认知无线电频谱接入算法在保证容量的情况下，能耗更低，能效更高。
5.结论
本文提出了一种基于能效的认知无线电频谱接入算法，使CR终端能够在未影响其它用户通信的情况下，占用未使用的频带，并提高频谱利用率。通过实验验证，该算法在保证容量的情况下，能耗更低，能效更高。在未来的研究中，可以进一步探讨该算法在大规模无线网络中的应用。