电子论文-认知无线电中的并行频谱分配算法

不适应认知无线电中空闲频谱快速时变的要求。本文提出一种并行分配算法，避免了空闲频谱数对算法分配时间的影响，在获得CSGC 算法相同分配效益的同时，减少了频谱分配的时间，满足了空闲频谱实时变化的要求。本文的其余部分是这样安排的，第2节分析了频谱分配的图论着色的数学模型；第3节阐述了并行算法的基本原理，并从理论上证明了并行算法分配时间开销与空闲频谱数的无关性；第4节给出了数值和仿真结果；最后是本文的结论。

用研究过程中不得不面临的问题，但是从一些研究结果可以看到，频谱资源的缺乏更多是由于无线接入技术的利用不合理引起的。现有不同无线通信系统分配频谱的方法主要是基于固定分配方式，即某一无线频谱块分配给某一特定的无线接入网络，然后再把这个无线频谱块分为若干个频谱子块，这些频谱块大小固定，相互之间间隔一个固定大小的保护频段，分配给具有license资格的不同运营商，只有这些运营商的license期满之后才可以分配给其他用户。这种固定分配的方式虽然对于频谱管理非常简单容易，但是存在频谱利用率低的缺点，例如大多数通信网络在设计之初都是基于该网络可能最大的传输流量进行考虑，但是实际情况却是，通信网络并非全天满负荷运行，根据文献[1]可以知道，频谱资源在不同位置不同时间段的利用有所不同，这种静态的频谱分配方式造成了频谱资源的浪费。为了解决这个问题，基于对认人们提出一种开放式频谱接入机制[4]—知无线电的研究[2, 3]，—在授权用户(主用户,Primary User, PU)未使用该频谱资源时，允许未授权用户(次用户,Secondary User, SU)在不对 PU造成干扰的情况下，使用原来分配给PU的频谱资源。 SU 通过使用认知无线电技术实时感知周围的环境，检测PU当

2005-12-09 收到，2006-07-10 改回国家 863 高技术研究发展计划(2005AA123910)和国家自然科学基金(60496313)资助课题

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频谱分配模型

空闲频谱是指在某个时间某个空间 PU 未使用的频谱，

2.1 假设与定义本文把空闲频谱分成一系列正交的子频带，频带间无干扰，频谱对于SU 是否空闲用空闲矩阵表示。若同时使用频带 m 时两个 SU 之间存在干扰，则它们不可以同时使用频带 m， SU 间的干扰用干扰矩阵表示。用户获得的效益用效益矩阵表示。假设分配时间相对于环境变化时间来说是很短的，各

第7期

廖楚林等：认知无线电中的并行频谱分配算法

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矩阵在分配周期内维持不变。各矩阵具体定义如下。 (1)空闲频谱矩阵 L = {ln,m | ln,m ∈ {0,1}}N ×M ，为用户 N 数(下标从 0 到 N1)，M 为总频带数(下标从 0 到 M1)， ln,m = 1 表示频带 m 对于用户 n 是可用的， ln,m = 0 表示不可用。 (2)效益矩阵 B = {bn,m }N ×M ，bn ,m 表征用户 n 使用频带 m 所带来的效益权重，如频谱利用率等。将矩阵 L 与矩阵 B 相结合，可得出有效频谱的效益 LB = {ln,m bn ,m }N ×M 。 (3) 干扰矩阵集合 C = {cn,k ,m | cn ,k ,m ∈ {0,1}}N ×N ×M ， cn,k ,m = 1 表示用户 n 和用户 k 在同时使用频带 m 时会产生干扰， n＝k 时，cn,n,m = 1 ln ,m ，当仅由空闲频谱矩阵 L 决定。 (4)无干扰的频谱分配矩阵 A= {an,m| an,m∈ {0,1}}N ×M ， an,m = 1 表示频带m 被分配给用户 n。必须满足无干扰条 A 件：

图 G 的拓扑是由点集和边集确定的，在给定顶点数的边集是由干扰矩阵集合 C 情况下，边集决定了图 G 的拓扑。决定的，集合中一共有M个干扰矩阵：C m = {cn ,k ,m | cn ,k ,m ∈ {0,1}}N ×N

(0 ≤ m ≤ M 1) ，每个矩阵对应用户复用一