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认知无线电 解决频谱稀缺spectrum scarcity问题
Cognitive Radio Technology
CRT被嵌入到智能设备中,这些设备可以感知环境的频谱波段,并利用可用的频谱波段。这种智能设备被称为CR设备。
CR设备一起构成一个认知无线电网络(CRN),两种用户:
- Primary user(PU) 使用授权的频谱,绝对的优先权
- Secondary user (SU) 使用未授权的频谱,或使用空闲的授权频谱;有保证PU优先通信并不受干扰的义务。
所以,频谱感知Spectrum sensing至关重要:感知PU的存在,以及频谱的使用情况,来避免给PU造成干扰。
1.Spectrum Sensing
频谱感知用来监测频谱波段和识别未使用部分的频谱,SU需要具备的三个功能:
- PU检测(PU detection): 每个SU监视和观察其本地环境,并与邻近的SU交换观测信息。根据所观察到的和相邻的信息,SU决定是否存在PUs的活动,然后确定可用的频谱波段。
- 协同(Cooperation): 由于CRN缺少一个中央网络实体,因此su与邻近的su交换其对本地环境的观测信息,以提高PUs活动的感知精度和频谱的可用性。
- 感知控制(Sensing Control):传感控制:该功能执行两项任务。首先,它使各SU能够根据网络的动态情况进行自适应感知操作。其次,它协调SUs的协同感知操作,以防止对PU活动的误检测。
2.Spectrum Decision
频谱决策功能负责选择最合适的频谱供机会使用,并通过使用从频谱感知功能接收到的信息来避免干扰PU。。在为SUs选择一个频带时,频谱决策函数根据SUs的服务质量(QoS)要求,如带宽、PU利用率水平和信道质量来选择一个频带。频谱决策函数通过等待PU活动停止或切换到另一个可用的频谱波段来避免对PU的干扰。为了从一个频谱切换到另一个频谱,spectrum handoff功能被调用。
3.Spectrum Sharing
一旦通过频谱决策功能选择了频谱,它应通过确定其传输功率为SU分配频谱带,以免PU受到干扰,并确定SU应该何时使用频谱带。而且,在CRN中,由于频谱的共享性质,多个SU可能试图同时访问同一频谱,这可能导致SU之间的干扰。因此,SUs之间需要尝试协调的传输。在这方面,频谱共享功能根据网络的动态情况向SU提供自适应资源分配,通过避免对PU的干扰协调SUs的多路访问并维持SUs的OoS。频谱共享功能在通信会话的中间和每个频谱带内执行。
4.Spectrum Mobility
只要PU没有利用它的频谱,SUs就可以利用PU的许可频谱。如果在SU的使用期间PU出现在它的频谱波段上,SU必须腾出当前的频谱波段并继续在另一个可用的频谱波段传输,这就是所谓的频谱移动。频谱移动性导致了一种CRN中新型的切换,即Spectrum hand-off(频谱切换:SUs将它们的传输从当前的频谱波段转换到另一个频谱波段)。在CRN中,频谱切换发生在三种情况下。首先,在当前频谱波段检测到PU活动。其次,SU的运动导致失去连接,当前频谱波段不再可用。第三,现有的频带已不能满足SU的QoS要求。
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