比例公平算法在认知无线电中的研究
[王 勇 王军选]
【摘 要】摘要 为了解决传统比例公平算法在认知无线电系统中没有考虑可用频段的时变性和用户的优先级的问题，结合认知无线电系统的实际情况以及频段稳定度的概念修改原有的比例公平调度算法，使其能够适合认知无线电系统资源调度。
【期刊名称】广东通信技术 【年(卷),期】2011(031)011 【总页数】5
【关键词】认知无线电 资源调度 比例公平
引言
随着无线通信技术在众多领域的广泛应用以及低效固定的频谱分配政策，有限的频谱资源越来越匮乏。认知无线电[1]（Cognitive Radio,CR）是一种新型的无线电技术，能够提高频谱利用率实现智能频谱共享，被认为是未来最热门的无线通信技术之一。它通过感知频谱环境、智能学习并且实时调整发射机传输参数，实现频谱的再利用，特别是它允许非授权用户使用授权用户的频段,频谱利用率能够得到显著地提高。
由于在认知无线电系统中非授权用户的频谱使用权优先级要低于授权用户。当授权用户重新占用频段时，非授权用户必须及时退出或者切换到其他频段上去，并且对非授权用户而言它的可用频段不是固定的，而传统的分组调度方案没有考虑用户的优先级和可用频段的时变性，不适合认知无线电系统资源调度。本文在现有的比例公平算法的基础上进行改进，在原有的调度流程的基础上增加
可用频段感知分析以及信道可用概率的估计和判断，并根据信道可用概率的大小以及被调度用户的当前信噪比来决定用户的信道分配，这样，使修改后的比例公平调度流程更切合认知无线电系统，并且改进后系统的吞吐量也相应的增加了。
1 认知无线电概述
认知无线电[1]这个概念最早是由Joseph Mitola基于软件无线电（Software Defined Radio,SDR）的基础上在其博士论文中提出的，并在论文中系统的阐述了认知无线电的原理。它能够捕捉和感知外部环境中的射频信息，并对所得到的信息进行分析。根据分析的结果，自适应地调整发射机参数，利用感知到的空闲频谱传输数据，从而提高无线通信的可靠性和频谱资源的使用效率。 认知无线电的优势在于非授权用户可以工作在授权用户的工作频段上，充分利用“闲置频段”。主用户（Primary Users,PU）是指具有频谱使用的最高权限的传统无线电用户，他们具有合法使用某一经过频谱管理部门授权的频段的权利；与其相对应的称作认知用户（Secondary Users,SU），认知用户使用的频段不经过管理部门的授权，在保证没有对主用户干扰的前提下，可对主用户空闲的频段伺机使用。认知用户优先级要比主用户低，也被称作二级用户。当主用户需要重新使用认知用户正在占用的频段时，认知用户必须及时退出或者切换到其它的频段上。认知无线电系统应该具有频谱感知、频谱分析、频谱决策以及重构的能力。
频谱感知[1]：认知用户需要对周围无线环境中存在的可用频谱机会发现并利用，实现动态接入空闲频谱，因此，其目标是在保证主用户不受有害干扰的前提下，实现对潜在可用频谱机会和再次出现主用户的快速准确检测。
频谱分析：在认知无线电系统中，所有检测到的可用频谱都是动态时变的，并且分布在一个很宽的频带范围内。频谱分析能够描述不同的频带特性，这样就可以获得满足用户需求的频带。
频谱决策：所有经过频谱分析检测到频带特性都将被描述，频谱决策就是为了满足用户的QoS需求，选出一组合适的工作频带。
重构能力：重构能力是认知无线电设备根据无线环境动态变化动态构建无线传输技术的能力。可以重构的参数包括: 工作频率、调制方式、发射功率和通信协议等。当认知用户工作频段迁移到新频段时， 正是由于认知无线电具有重构能力，才能保证认知用户的无线传输技术适合新频段的传输。
2 认知无线电资源管理
认知无线电中对频谱“二次利用”的特殊使用方法使得认知用户的可用频谱资源随着主用户的使用情况呈现出随时间动态变换的特性。对于动态时变的频谱资源，高效的无线资源管理[1]（Radio Resource Mangement,RRM）是认知无线电提供可靠通信服务的关键。认知无线电资源管理和其它系统的无线资源管理从工作原理上讲是一样的。但是，由于认知无线电系统管理、使用的是随时间动态变化的频谱资源，并且要避免在使用中对主用户的过量干扰，这样就使得频谱管理、功率控制以及分组调度成为重点管理内容。 2.1 认知无线电中功率控制
由于认知无线电应用动态时变的频谱环境，其功率控制[1]不同于传统网络。在传统网络中，FDMA/TDMA系统功率控制主要是减小由频率复用引起的同道干扰，提高资源利用率，从而提高系统容量。而对于CDMA这种干扰受限的系统，功率控制主要是为了克服“远近效应”，使用户平等地共享资源。与传
比例公平算法在认知无线电中的研究
