感知無線電技術(shù)在異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

王晶晶

（海南工商職業(yè)學(xué)院，海南?？?，570203）

感知無線電技術(shù)在異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

王晶晶

（海南工商職業(yè)學(xué)院，海南海口，570203）

近年來，多種無線通信技術(shù)蓬勃發(fā)展，越來越多的用戶希望實(shí)現(xiàn)多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合，感知無線電技術(shù)能夠感知周圍其他網(wǎng)絡(luò)中未被占用的的頻譜資源，并通過頻譜分配技術(shù)使用空閑頻譜，從而實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合。但是感知用戶會(huì)對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的授權(quán)用戶產(chǎn)生干擾，本文引入了一種基于SIR的功率分配技術(shù)，通過功率分配，降低了用戶之間的相互干擾，提高了異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能。

感知無線電；異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)；功率分配

0 引言

2013 年12 月4 日，工業(yè)和信息化部正式向中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國電信頒發(fā)4G牌照，均為TD-LTE 制式，并將根據(jù)企業(yè)申請(qǐng)，依據(jù)相關(guān)法定程序，批準(zhǔn)相關(guān)企業(yè)開展FDDLTE 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)試驗(yàn)。2015年2月27日，工信部向中國電信和中國聯(lián)通發(fā)放第二張4G業(yè)務(wù)牌照，即FDD-LTE牌照，我國全面進(jìn)入4G規(guī)模商用時(shí)代，自此，中國的移動(dòng)通信正式開始了2G、3G、4G并存的時(shí)代,同時(shí)，WIFI系統(tǒng)也已成為當(dāng)前推動(dòng)寬帶無線通信技術(shù)持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力。如此多的網(wǎng)絡(luò)并存，如圖1，無疑增加了運(yùn)營商的維護(hù)成本和用戶的使用成本。

對(duì)于最終消費(fèi)者而言，并不關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的logo 是“3G”還是“4G”，只關(guān)心用戶體驗(yàn)到的速率；反言之，對(duì)于運(yùn)營商來講，也不希望給客戶造成某一張網(wǎng)好而另一張網(wǎng)差的品牌印象，而是希望客戶對(duì)運(yùn)營商的整體品牌有強(qiáng)烈的認(rèn)同感。因此，基于全I(xiàn)P的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)共存和融合[1][2]已成為下一代無線網(wǎng)絡(luò)的重要特征。

圖1 目前中國共存的移動(dòng)通信技術(shù)

目前現(xiàn)存的這些異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)在給人們提供方便高質(zhì)量通信的同時(shí)，也加大了對(duì)頻譜資源的需求，由于頻譜資源有限，而無線通信業(yè)務(wù)卻以指數(shù)形式增長，因此頻譜資源已顯得越來越缺乏。

感知無線電[3][4]技術(shù)作為一種更智能的頻譜共享技術(shù)，能夠依靠人工智能的支持，感知無線通信環(huán)境，根據(jù)一定的學(xué)習(xí)和決策算法，實(shí)時(shí)自適應(yīng)地改變系統(tǒng)工作參數(shù)，動(dòng)態(tài)的檢測(cè)和有效地利用空閑頻譜，理論上允許在時(shí)間、頻率以及空間上進(jìn)行多維的頻譜復(fù)用。感知無線電的出發(fā)點(diǎn)就是就是在不影響授權(quán)頻段正常通信的基礎(chǔ)上，具有感知功能的無線通信設(shè)備可以按照某種伺機(jī)接入方式接入授權(quán)的頻段內(nèi)，并動(dòng)態(tài)地利用頻譜。

1 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景

目前的移動(dòng)通信技術(shù)有多個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)并存，單個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)既不能滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求，也不能合理地利用頻譜資源。因此，多個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，通過感知無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間頻譜資源的共享，從而將單一封閉式網(wǎng)絡(luò)發(fā)展為異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)[5][6]，為用戶提高更高效率的服務(wù)。

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景指的就是在同一個(gè)地理區(qū)域下多種不同重疊覆蓋、共存的場(chǎng)景，一個(gè)抽象的場(chǎng)景如圖2所示。

圖2 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景

要想實(shí)現(xiàn)多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合，就需要讓不同的網(wǎng)絡(luò)之間能共享頻譜資源。我們可以在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)上都添加一個(gè)感知模塊，當(dāng)自己的頻譜資源緊張時(shí)，可以通過頻譜感知獲得其他網(wǎng)絡(luò)的空閑頻譜，這里采用感知無線電中的頻譜檢測(cè)技術(shù)。不限定哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)是感知網(wǎng)絡(luò)，哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)是授權(quán)網(wǎng)絡(luò)，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的用戶都不有感知模塊，均能感知周圍的頻譜信息，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)既可以是感知網(wǎng)絡(luò)，又可以是授權(quán)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)它感知其他網(wǎng)絡(luò)的空閑頻譜并伺機(jī)接入時(shí)就是感知網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)它被其他網(wǎng)絡(luò)感知時(shí)就是授權(quán)網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都要統(tǒng)計(jì)自己網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用戶的帶寬需求，檢查剩余的頻譜資源是否夠用，當(dāng)其沒有空閑頻譜時(shí)就需要感知其他網(wǎng)絡(luò)的的空閑頻譜。通過感知技術(shù)，提高了頻譜的利用率，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的融合。感知模塊工作流程如圖3所示。

2 基于SIR的功率分配

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的頻譜資源緊張時(shí)，感知模塊通過感知同一覆蓋區(qū)域內(nèi)其他網(wǎng)絡(luò)的空閑頻譜資源，并伺機(jī)接入其他網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)，感知用戶和網(wǎng)絡(luò)中的授權(quán)用戶之間肯定會(huì)會(huì)造成干擾，為了降低感知用戶及網(wǎng)絡(luò)中授權(quán)之間的相互干擾，本文引入了一種基于SIR的功率分配技術(shù)，在保證SIR的基礎(chǔ)上用功率分配降低感知用戶和授權(quán)用戶之間的干擾。

以上行為例，授權(quán)網(wǎng)絡(luò)的基站根據(jù)通信需求設(shè)置目標(biāo)SIR，用戶的上行數(shù)據(jù)到達(dá)基站后，基站測(cè)量接收信號(hào)的SIR，并將接收到的SIR與目標(biāo)SIR作比較，如果接收到的SIR大于目標(biāo)SIR，則在下行發(fā)送提高功率的信號(hào)，反之，如果接收到的SIR小于目標(biāo)SIR，則在下行發(fā)送降低功率的信號(hào)。在用戶端，當(dāng)接收到基站發(fā)送的功率調(diào)整指令后，根據(jù)提高或者降低功率的命令，調(diào)整下一幀的發(fā)送功率，如圖4所示。通過功率控制，讓所有的用戶的SIR保持在一定范圍內(nèi)，進(jìn)而降低感知用戶及授權(quán)用戶間的干擾。

圖3 異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)的頻譜共享流程圖

圖4 功率控制過程

3 數(shù)據(jù)仿真與分析

利用MATLAB仿真異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)中加入功率分配前后的對(duì)比，分別設(shè)定不同的目標(biāo)SIR，仿真了授權(quán)用戶在加入功率控制前后的BER，仿真結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，加入本文中提出的基于SIR的動(dòng)態(tài)功率分配后，授權(quán)用戶的BER特性得到了明顯改善，系統(tǒng)的性能明顯得到了提高。從圖中的仿真結(jié)果還可以得出，目標(biāo)SIR設(shè)置的越大，授權(quán)用戶BER的改善效果越明顯，感知用戶和授權(quán)用戶之間的干擾越小。

圖5 加入動(dòng)態(tài)功率分配前后授權(quán)用戶的BER仿真

4 結(jié)束語

面對(duì)目前多種多樣的無線接入網(wǎng)絡(luò)，越來越多的用戶希望能夠?qū)崿F(xiàn)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合，用戶只需要一個(gè)終端就能在多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間互相切換，感知無線電技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)中的用戶在頻譜資源匱乏的狀態(tài)下能通過感知其他網(wǎng)絡(luò)的空閑頻譜進(jìn)行接入，本文通過引入基于SIR的功率分配技術(shù)，降低了感知用戶和授權(quán)用戶之間的干擾，提高了異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能。

[1]3GPP TS 36.331 V8.4.0. 3rd Generation Partnership ProjectTechnical Specification GroupRadio Access Network EvolvedUniversal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Radio ResourceControl (RRC) Protocol specification (Release 8), 2013.

[2]通信世界網(wǎng)．歐洲進(jìn)入FDD/TDD融合網(wǎng)絡(luò)測(cè)試熱潮期[z].2012．

[3]S. Haykin. Cognitive Radio: Brain-Empowered Wireless Communications. IEEE JSAC, vol. 23, no. 2, February 2005.

[4]Qing Zhao and Brian M. Sadler. A survey of dynamic spectrum access, IEEE Signal Processing Magazine, MAY 2007:79—89.

[5]王雨.認(rèn)知無線電技術(shù)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的研究與仿真[D].北京郵電大學(xué)，2013.

[6]張從武，胡堅(jiān)波. 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)融合關(guān)鍵問題和發(fā)展趨勢(shì)探討［J］. 信息通信技術(shù)，2012（3）：13-17.

王晶晶，碩士，講師，主要從事移動(dòng)通信技術(shù)的研究。

Applicationof Cognitive RadioTechniquein Heterogeneous ConvergedNetwork

Wang Jingjing
（Hainan Technology and Business College,Hainan Haikou,570203）

In recent years, the wireless network technology has a great development. More and more users hope to realize the convergence of the multi-heterogeneous network. The cognitive users can sense the idle spectrum which is not occupied by this technology. Then it can realize the convergence of the heterogeneous network. But the cognitive user will produce the interference for the licensed user. This paper uses a power allocation technique based on SIR. Simulation results prove that theinterference will be reduced and the performance will be improved after using the power allocation.

cognitive radio；heterogeneous convergednetwork；power allocation

TN929

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