認知無線電網絡中的動態信道分配技術探析

王凌燕

摘要：隨著現代電子通訊技術的不斷發展，各式各樣的電子移動終端都可以通過無線網絡技術獲得信息資源，但是這種不通過授權就得到資源分配的方式，將使得網絡通道發生擁擠，而傳統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，因此，本文將主要針對現代認知無線網絡當中的動態信道分配技術和分配模式進行討論，希望能夠在方便用戶使用的同時，提高資源的利用效率。

關鍵詞：認知無線電；信道；分配

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

認知無線電概念的出現，給現代人們提供了一種新的信號資源利用理論思路，通過對動態信道的分配，能夠有效地利用好現有的頻譜資源，使更多的用戶參與到無線網絡的使用當中，同時還提高了無線電信號的傳輸質量和傳遞效率，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，成為了現代電子通訊技術當中的一項重大發明。

1 什么是認知無線電

1.1 定義

認知無線電也被認為是智能化無線電當中的一種，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絡內的參數值，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間、空間上的限制，進而對頻譜的資源進行合理的分配，因而認知無線電實質上就是一種頻譜感知和智能化的技術手段，來達到頻譜的動態分配目的，進而在頻譜分配中實現資源共享[1]。

1.2 特點

認知無線電最大的特點主要體現在它對周圍環境變化的感知和非常強大的適應能力上面，從而根據環境的變化來進行自身參數上的調整，進而增強無線信號傳送的安全性。

首先，認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，認知無線電的信號系統終端可以進行射頻信號的前端發射，通過射頻信號進行頻譜采集，分析采集到的數據信息可以進一步進行加工和整理，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時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，需要選擇一定區域作為了解頻譜情況的觀測范圍。

其次，認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絡內的系統性能去對接受到的信號結果進行決策，然后根據決策結果減少對其他無線電用戶的信號干擾。

再次，一些認知無線電能夠運用航天衛星GPS智能導航系統來確定自己的位置，進而減少由于地理原因造成的信號衰弱，然后根據自身實際的地理位置來設定適當的信號發射頻率和信號參數的調制[2]。

2 動態信道分配

事實上，在無線網絡信號的傳遞中，信道的資源是非常有限的，要想提高信號傳遞的數量，必須要對信道進行科學的設計，將頻譜設計成為互相獨立，不會受到干擾的單獨信道，一般分配的方法有固定、動態以及混合三種分配方式，應用最為廣泛的即是本文所述的動態信道分配，在資源的分配上并不固定在某一個特定的范圍內，而是先將所有的信道資源收集整合在一起，然后再統一進行分配，在進行動態信道的分配時，要事先掌握好一定范圍的信號總和，根據不同信道的不同傳遞質量來確定最終的信道位置。

3 動態信道在認知無線電中的分配情況

3.1 頻譜分配

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

3.2 信道分配原則

在進行動態信道的資源分配時，理論上是要讓所有用戶都能夠在通道內實現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，一定要把握好兩個原則，其一是要保證動態信道傳輸的靈活性能，比如說有的認知無線電信號使用的頻譜資源并沒有得到相應用戶的授權，這時候有權限的用戶如果使用了這段頻譜，另一方的認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，要明確動態信道系統分配的主要目的，就是要對有限的頻譜資源進行整合并加以全面性利用，不要讓過多的頻譜浪費掉，因而動態信道的另一分配原則就是要保證整個無線電通訊網絡系統的穩定性，根據用戶的需求來完成認知。

4 動態信道的分配管理

4.1 動態信道的頻譜分配管理

需要明確的是，在認知無線電網絡信號的傳輸過程中，頻譜的分配管理對于動態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信道分配失誤的可能性，也就是說，根據頻譜分配的情況來進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用戶所使用的認知無線電信號進行整理，從而確定公共信道的頻譜范圍。

4.3 構建動態信道的無線電分配模型

認知無線電網絡傳輸過程當中的動態信道分配模型的構建要求比較簡潔，一般采用“0，1”型的模式進行標識，“0”的意思是這一頻譜中的信道頻段已經被其他終端使用，此頻段當前用戶不能使用，而“1”的意思則代表這一頻段是空缺著的，可以被當前用戶所使用。在“0，1”型的動態信道分配下，通常需要認知無線電發射最大的功率信號，以觀測當前使用者最遠的使用距離，當檢測不到信道頻段時，即可了解這段頻譜資源的覆蓋范圍。

5 動態信道分配技術中的算法研究

認知無線電本身具有一定的環境感知功能，因而它使用了中心集控式的頻譜分配算法，進而實現了自動學習和參數改進，在進行動態信道的檢測分配過程匯總，能夠準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調整，設置新的載波發射頻率以及無線電信號的發射時間，將一些可使用的信號資源轉移到空閑的頻段上面去，加強動態信道當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頻段信道，認知后的用戶還可以延續對頻譜的分配和使用。所謂的“干擾”機制主要指的是那些已經被授權的用戶和沒被授權的用戶之間的有一個協調機制，在無線電網絡的系統當中，系統默認只有一個已經被授權的用戶可以正常使用該系統，干擾機制的存在就是要設立一個門檻，這個門檻的范圍要以已經被授權的用戶正常使用時的最差信噪比來設計的，然而在檢測的過程中，會有一些認知無線電信號在一定的頻譜區域內檢測有沒有已經被授權的用戶在向外界發射信號，假如有找到已經被授權的信號，就代表該用戶是存在的，而且沒被授權的用戶是不可以使用這段頻譜內的所有頻段的[5]。

5.1 MB DCA算法

當出現沒有授權的用戶來獲取頻譜資源時，需要設計3種情況下的“干擾溫度”分配方式，也就是正常分配、預警分配以及逃離分配方案，以下是分配技術方案的具體算法：

第一，當原本的使用用戶數量比較少，而頻譜資源又很充足的時候，可以采用時分同步碼分多址，也就是中國移動所設計的頻譜編碼方式來獲取資源。

第二，一旦發現有新的用戶要獲取進入權限時，可以進行靈活性的邊界移動方式來進行動態進入，并且還可以充分使用認知無線電網絡來獲得快速、準確的閑置頻譜范圍。

第三，當MB DCA無線電算法開始啟動后，會有一段時間的信道堵塞的狀況出現，因而需要進行頻道的轉移，這時候可以根據認知到的無線電得知當時的頻道狀況，通過沒有得到授權的用戶向已經獲得授權的用戶提出進入申請，得到授權用戶的允許后方可進入頻道。

第四，當授權進入申請成功以后，還需要進一步將這段頻道重新分配給新增加的用戶，從而獲得相應的載波分配方案等，一定要確保信道的通訊環境不會受到影響，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”程序恢復正常的使用狀況，就意味著剛才新進入的用戶可以使用該信道的通訊資源，如果“干擾溫度”程序已經變成了預警狀態時，就需要對其他授權用戶進行保護，使得無線電網絡中心控制系統進入到轉移下，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象的出現。

這種算法的出現又重新改進了MB DCA無線電網絡的信道分配方式，同時還運用了認知無線電網絡的優勢和特點將閑置的頻段找到并加以利用，也可以說是將已經擁有的信道資源進行了頻率轉變，將整個無線電網絡系統的容量進行了擴充，不過在真正的動態變化當中，還是會遇到許多問題，例如對閑置的頻道資源是應該怎樣去進行正確的快速感知，動態信道在進行邊界移動分配和頻道轉移分配時應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果造成影響，破壞算法應有的性能，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

做信道分配技術的仿真模型分析是為了研究無線電網絡信息在不同分配策略中的運行結果，對語音結果的堵塞概率，信號數據的完整性有沒有受到影響，一般在仿真模型中設置的信道資源容量為24，實驗所采用的語音和數據都是隨機而生的，數據總量分配服從泊松分布。在下一步的MB DCA仿真模型運行時，加入出現了三個或者三個以上的信道堵塞，就意味著該無線網絡使用的是頻帶轉移的分配策略。在對干擾溫度程序的設計上面，一般情況下授權用戶的信噪比為-3dBm，“干擾溫度”程序運行的正常狀態下信噪比大于等于-2dBm，預警狀態下的信噪比要大于等于-3dBm，并小于等于-2dBm，在逃離狀態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行使用，如果沒有進行頻率測試的話，要測試沒有進行授權的用戶能否成功申請進入，申請結果也是自然產生的，服從二項分布[6]。

6 結語

綜上所述，結合當前動態信道技術分配的實際發展情況來看，社會上對無線網絡的使用量只會越來越多，為了給用戶提供更好的使用體驗，必須要提高對頻譜的使用率，并通過認知無線電的技術方式來實現對動態信道的分配管理，盡可能地利用好現有的頻道資源，在頻譜分配的過程中，充分發揮出認知無線電的作用。

參考文獻

[1]裴慶祺，李紅寧，趙弘洋，李男，閔瑩.認知無線電網絡安全綜述[J].通信學報，2013，01：144-158.

[2]李云，張智慧，黃巍，王勇，曹儐.基于信道分配的多跳認知無線電網絡路由算法[J].系統工程與電子技術，2013，04：852-858.

[3]張玲.認知無線電網絡中的動態信道分配技術探析[J].網絡安全技術與應用，2015，04：52+54.

[4]劉權，趙光勝，王曉東，周興銘.認知無線電網絡信道交匯研究綜述[J/OL].軟件學報，2014（03）.

[5]范敏，宋曉勤.基于認知無線電的動態信道分配算法[J].無線電通信技術，2012，02：34-37.

[6]宋武華，裴廷睿，趙智，楊萬春.一種分布式認知無線電網絡聯合信道和功率分配算法[J].信息系統工程，2012，09：43-46+40.