量子遗传算法用于认知无线电频谱分配的应用研究 第8页
器的能量泄露检测。
(4)频谱分配
频谱分配是指根据需要接入到频谱的用户数目及其服务要求将可用频谱分配给一个或多个指定用户。频谱分配的主要目的是通过一个自适应策略有效地选择和利用射频(RF)频谱。利用动态频谱分配可以提高无线通信的灵活性和降低信
道能量的使用，可以使主用户和次用户之间避免冲突并共享频谱资源[29]。
(5)功率控制
在认知无线电通信系统中功率控制的实现以分布方式进行的，它可以扩大系统工作范围，提高接收机性能。在多址接入信道环境中，主要采用协作机制方法，多用户问彼此协作工作，可以提高系统工作性能，支持更多用户接入。同时，在给定的网络资源限制下，特定用户可以通过竞争提高其信道传输性能，促使其他用户依次同样工作。多址认知无线电系统的发送功率必须考虑两种网络资源限制，一是给定的干扰温度限，二是存在的可用频谱空穴数量。
目前，实现功率控制主要有两种方法。一种是基于信息论的反复注水法，使用该方法会使发送端在增益较多的子信道上分配更多的能量，而在衰减比较厉害
的子信道上分配较少的能量，甚至不分配能量，从而在整体上充分利用现有资源，
达到最大传输容量。另一种就是对策论(game theory)，也称博弈论，是研究决策主体行为发生直接相互作用时的决策以及这种决策的均衡问题，它可以划分为合作对策和非合作对策。当不考虑竞争现象时，就是合作对策，功率控制问题就简化为一个最优控制理论问题。当用对策论方法研究每个用户最大化自己的效用时，功率控制问题被归结为一个非合作对策。本系统是采用博弈论的方法进行功率控制的。
3.1.2 频谱分配技术
无线频谱是一种宝贵的自然资源。美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，简称FCC）的研究报告[19]表明，当前采用的固定频谱分配政策导致部分频段拥挤不堪，而其他频段使用率则极为低下。为了缓解无线频谱资源短缺、频谱利用率不均的局面，人们提出了使用认知无线电技术的动态频谱共享机制，允许认知无线电用户（也称次用户）使用主用户当前未使用的频谱空穴，从而提高频谱利用率[20]。
在认知无线电中，为了解决频谱资源的匾乏和目前固定分配频谱利用率较低的问题，就要求找到更有效的方法来充分感知和利用无线频谱资源。基本途径有两条:其一，提高频谱利用率，将已授权用户的频谱资源充分利用，减少浪费;其二，提高系统通信效率，将己获得的频谱资源和其他资源综合优化分配，进而提高利用率，这些都涉及到频谱分配的内容。
频谱配是指根据需要接入系统的节点数目及其服务要求将频谱分配给一个或多个指定节点。频谱分配策略的选择直接决定系统容量、频谱利用率以及能否满足用户因不同业务而不断变化的需求。
对频谱资源的分配往往需要考虑系统的应用需要以及系统网络结构等特点，我们对不同的频谱分配技术按性质进行分类，具体如下:
(1)按分配方式分类
频谱分配技术按分配方式分类一般分为静态频谱分配、动态频谱分配和混合式频谱分配。
静态频谱分配是指按固定的频谱分配表将频谱分配给系统内各用户，用户不能按自身需要改变可获得的频谱资源，这种方式较为简单，系统开销小，但分配不灵活，不能满足用户不断变化的需求。
动态频谱分配是指系统能够通过一个自适应策略有效地(高效率以及可实施)利用频谱资源，满足不同用户对频谱资源的需求，增大系统容量，提高频谱利用率。
混合式频谱分配是指静态频谱分配与动态频谱分配相结合的方式，既保持了静态分配的特点，又不失灵活性。
认知无线电中的频谱分配以动态频谱分配为主[14]。利用动态频谱分配可以提高无线通信的灵活性、信道使用效率，可使主用户和次用户之间避免冲突。
(2)按网络结构分类
频谱分配技术按网络结构分类可分为:集中式频谱分配和分布式频谱分配。集中式频谱分配指网络小区中存在一中心实体(如基站等)，完成对小区各用户的频谱分配。在认知无线电中，要求小区用户能够周期性的检测可用频谱，将检测结果报告中心实体，中心实体由此生成频谱分配表完成频谱的分配。
分布式频谱分配指网络小区采用分布式结构，无中心控制节点，小区中每一个用户都参与可用频谱的检测和频谱的分配工作，频谱分配结果与节点采用的策略有关。认知无线电按其自身网络结构特点可采用集中式频谱分配方式或分布式频谱分配方式，目前针对两种方式的研究都有较多成绩[l5][16]。
(3)按合作方式分类
频谱分配技术按合作方式分类可分为:合作式频谱分配与非合作式频谱分配. 合作式频谱分配指小区中各节点相互合作，节点的频谱分配策略不仅考虑本节点的应用需求，还考虑此策略对其他用户造成的影响[17]。因此，集中式频谱分配都属于合作式分配方式，当然，在分布式网络结构中也存在合作式的频谱分配。
非合作式频谱分配指节点的频谱分配策略只考虑节点本身的需要，这类用户可定义为自私用户，在这类分配方式下，系统的频谱利用率较之合作式分配方式会有所下降。
认知无线电中采用不同合作方式的频谱分配技术主要取决于关键算法的需要以及对系统性能的要求。
认知无线电的频谱分配与其它通信系统的频谱分配具有很多共同的特性，但由于认知无线电自身择机借用主用户频谱的特点，其频谱分配也必须满足一些特殊的要求，具体的频谱分配原则如下:
(1)保证灵活性.认知无线电是能够检测可用频谱资源，择机的借用主用户频谱进行通信的无线电。因此，可用频谱的信息必须实时更新，而一旦主用户恢复对某段频谱空间的使用，认知用户就必须在较短时间内退出该频段，选择其它的频段进行通信。这样一来，认知无线电中的频谱分配技术区别于其它无线通信频谱分配的最主要特点就是保证灵活性[18]。认知无线电任何频谱分配技术的研究都要有较强的频谱退避和转换功能，而由于可用频谱信息的不断更新，相应的频谱分配算法也必须满足实时性的要求。
(2)提高系统性能.频谱分配技术的主要目的是对可用频谱空间进行合理的分配，使得系统性能得到改善或逼近于最优状态。根据不同应用需要，某个认知系统对性能的要求也可能不一样。比如以最小化系统干扰为目标、以提高频谱分配公平性为目标、以最大化系统吞吐量为目标等等.我们可以根据不同的系统应用需要，提出不同的算法目标函数，以此指导频谱分配算法的设计。
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