知无线电多小区的频谱分配，以图论着色结合局部议价实现认知无线电多小区的频谱分配。算法的目标是在多小区频谱分配中，在避免小区间和小区内认知用户的共道干扰的前提下，最大化系统的频谱利用率，同时保证认知用户问使用频谱的公平性，即频谱分配需要保证每个用户的最小带宽需求。联合局部议价的多小区频谱分配算法由三个主要部分组成，分别是系统初始化，资源预分配和认知用户间局部议价。具体如下第阶段系统初始化，认知系统中各基站收集认知用户的位置和可用频谱信息，使用公式所示的标记方法对每个用户计算值，表示邻节点数，表示节点可用度数，值表示了用户在资源预分配阶段获得分配的优先级情况。第二阶段资源预分配，从位于网络中央的小区开始，逐个小区地分配频谱。在本阶段的资源预分配中，每个认知用户试图获得自己需要的最大频谱带宽。资源预分配阶段使用了与算法相似的方法，每次选取值最大的用户为其分配频谱，直到所有的用户获得了分配。第三阶段认知用户间进行局部议价由于第二阶段的资源预分配以获得最大化的系统频谱利用率为目标，因而各用户间的频谱分配不平衡，有些用户获得了足够的频谱资源，而其中部分用户获得的频谱资源没有达到其通信所需的最低带宽需求。因此，第三阶段通过认知用户间的局部议价来改善分配的公平性，没有获得足够频谱的用户有权通过局部议价来向自己的邻节点中频谱资源充足的节点借用频谱，通过局部议价达到最低频谱带宽需求。第三阶段可以看作是对第二阶段的资源预分配的局部调整，通过第三阶段的局部议价，实现频谱分配的公平性。联合局部议价的多小区频谱分配算法能够以较低的算法复杂性与开销，实现接近最优分配的频谱利用，并能够取得较高的频谱分配公平性，作为基于多小区频谱分配的研究对本文有较强的参考价值。小结总结了图论着色模型下的现有分配算法，其中列表着色算法是对传统移动蜂窝系统小区的图论着色模型进行了修订，增加了在认知无线电系统下的约束条件颜色敏感的图论着色，算法则增加了对频谱效益差异性和干扰差异性的考虑，并对频谱分配目标进行了修订而局部议价的算法则是对算法的进步改进，通过成立局部议价小组，减少图论着色模型中的节点数，并利用上次的分配结果进行局部修改，从而降低分配的开销。通过分析现有算法的不足，本文提出了基于图论着色模型的并行分配算法，降低了频谱分配的时间开销。并行算法的基本原理是通过对原有着色算法中复合图进行分解，将着色分解为多个子图的同时着色，由于各个子图都是简单图，对原图的着色可以简化为对其子图的点着色，并且各个子图的着色可以并行执行。每个子图对应种颜色频谱，从而使得频谱分配时间开销与频谱数目无关。通过仿真验证，该算法与原算法相比，在获得相同或相近的性能的同时降低了频谱分配的时间开销，适应了认知无线电系统快变的环境。通过结合用户的需求分析，本文还提出了基于需求的改进算法。该算法的目标是最小化未满足需求量，本文提出了两种设计方案，种是基于退出机制的方案，另种是通过引入需求因子，修改着色的标号优先级计算准则。通过仿真结果分析，基于需求的改进算法更能满足用户的需求，但是将带来定的带宽效益损失。与基于退出机制的方案相比，基于需求因子的方案在获得相近或更优的性能的前提下，在系统带宽效益上的损失更小，所以是更优的方案。频谱分配算法的比较这个三种算法的优点和缺点。如表表频谱分配算法的比较分类数学表达式优点缺点列表着色算法能够平均的分配频谱资源和少节点优先分配度数低的节点获得的频谱资源较多，导致分配的公平性颜色敏感的图论着色算法，能将不同频谱分配给不同的用户，使频谱的传输速率变快时间耗费大，利用难度大。联合局部议价的多小区频谱分配算法算法的分配是在不考虑本次分配前的频谱分配信息的情况下，独立地为每个认知用户分配频谱。频谱分配受到认知用户位置移动活动情况改变等因素的影响，网络拓扑将动态改变，计算过程量大。现有基于图论着色模型的认知无线电频谱分配研究中，可用频谱信息主要通过频谱感知获得，研究通常假设频谱感知准确有效，认知用户对可用频谱的使用将不对授权用户构成干扰。频谱分配只需要保证避免认知系统内可能出现的干扰。由授权用户活动引起的频谱环境的改变将通过频谱感知获得，在新的频谱分配过程中，通过新的频谱分配适应频谱环境的改变。可以看到，现有的研究已经充分认识到了频谱资源的差异性，但现有研究中对频谱资源差异性的利用还不充分。由于认知无线电系统中的频谱资源，受到频谱频率不同认知用户位置不同时刻的频谱环境等因素的影响，频谱资源具有空间差异性与时间差异性的特点。频谱的空间差异性就是同时刻，同个频谱，对位置不同的认知用户具有不同的效益频谱的时间差异性则表示为同个频谱对同个认知用户在不同的时刻也具有不同的效益。第四章频谱分配的应用应用场景军事认知无线电设备不需要如商用系统中的基础设施就可以和我方的其它设备进行通信，能够根据环境变化自我调整参数以保证通信质量，能够和不同无线电标准的设备进行通信，能够检测出敌方的传输等。美国国防部最近几年已经投入了大量人力物力进这方面的研究。公共安全当紧急事件发生时，分配给公共安全的频谱通常很快会被突发的各种通信阻塞，并且各个应急部门之间由于所拥有的频谱不同很难互相进行通信。有了认知无线电技术后，当紧急事件发生时就可以利用空闲频谱维持通信，不会因为负载过大而阻塞，而且还可以实现不同应急部门之间的通信。商业认知无线电虽是较新的概念，但其思想己在无线通信的许多领域得到了应用，如工作于左右的无绳电话系统采用种信道自动选择机制避免使用已占用的信道非授权的个人通信业务设备在传输数据之前预先侦听频谱的占用情况，以避免对其他非授权设备造成干扰高速下行分组接入，网络都采用种认知调制过程，根据用户的服务需求和频谱环境，设定其最有效的传输参数。工作组已将技术确立为无线区域网络，的核心技术，其目标在于通过开发认知无线电技术，以不对广播产生干扰的方式使用广播频段，实现无线区域接入，的物理层和介质访问控制层技术标准。由于缺乏可用频段，专门成立了工作组，致力于改进如策略增强等机制，使适用于电视频段，利用认知无线电技术确保基于的非授权系统与授权系统之间的存在。将技术应用于超宽带研发，设计了自适应频谱系统原型，目标是使频谱的利用率增加倍公司研发了自适应频谱无线电，实验床，成功验证了自适应频谱接入的可行性维吉尼亚无线通信技术中心研究并设计了仿真实验椅和硬件实验床，基于生物启发的引擎节点正在研发中伯克利大学建立了伯克利仿真平台对各种频谱侦听技术和算法进行了实验仿真和性能分析等。与结合的可行性分析由于的超宽带特性，它必然会对共享频段内的其它窄带系统产生干扰，并且自身也将受到其它系统在频段的强干扰。无线电频率管理有两个基本的原则新的无线电技术不得对已有的无线电台系统造成有害干扰受到干扰不得提出保护要求，即要能忍受已有无线电台的各种干扰。因此，系统必将面对两个比较突出的问题，在共享频谱的时候不得对已有的窄带系统造成有害干扰，同时系统也可能受到来自其它系统的强窄带干扰。目前，所有针对这个问题的解决方案都是针对系统本身进行优化设计，研究思路大都集中在脉冲信号波形由于具有许多特别的优点，如易于数字化及软件化，低成本低功率等，本文限定于的设计与优化上，以期产生出严格遵守等机构制订的辐射掩模约束条件的脉冲信号，并采用些有效的抑噪技术来减少对现有窄带系统的干扰。如寻找种更优的信号波形，采用自适应编码调制比特交织波束成形及功率控制等已在蜂窝通信中被验证能起到抑制干扰作用的相关技术。许多研究已经表明，这种思路要想设计出既符合各相关机构制订的频谱掩模约束又可避免相互干扰的脉冲波形是非常有挑战性的。基于这个考虑，并结合感知无线电具有能感知周围环境特别是频谱操作环境的特性，我们把技术引入到系统的研究和设计中来，给面临的上述问题提供种全新的解决思路，有可能设计出种全新的高性能系统。采用频谱感知技术能提高频谱利用的灵活性，改善频谱共享，有效抑制窄带干扰，与其它系统更好地共存，同时还可潜在地提高频谱的利用率，提高数据传输速率和系统的整个性能。例如，在范围内有很高的传输速率，但由于受发射功率的限制，以外的传输速率将大大下降。在感知周围的频谱环境后，可根据所感知的频谱信息动态地改变传输信道或调整的发射功率，以提高的传输距离，并且不会增加其带给其它系统的有害干扰。于是，针对技术发展过程中所必须面对的共存问题，并结合和技术的优点，本文提出这种被称为认知超宽带无线系统的全新的系统机制，其有望打破目前技术发展中的僵局。第章结论与展望认知无线电是无线电技术发展的下个里程碑。该技术的应用会带来历史性的变革。对于频谱管制者而言，该技术可以大大提高可用频谱数量，提高频谱利用率，有效利用资源对于频谱持有者而言，可以在不受干扰的前提下开发二级频谱市场，在相同频段上提供不同的服务，该技术可以为设备厂商带来更多的机会，具备认知无线电功能的设备将更具竞争力对终端用户而言，可以带来更多带宽，在认知无线电技术成熟后。用户则可以享受到单个无线电终端接入多种无线网络的优势。无线频谱是种不可再生资源。因此，研究人员只能通过对频谱资源进行再利用，提高频谱资源利用率来解决这个矛盾。于是，认知无线技术应运而生。认知无线电的基本出发点就是，在不影响授权频段的正常通信的基础上，具有认知功能的无线通信设备可以接入授权的空闲频段内，并动态地利用频谱。认知无线电的核心思想就是使无线通信设备具有发现空闲频谱并合理利用的能力。认知无线电能从根本上解决目前因频谱的固定分配政策导致的对频谱资源的不合理应用。当然，认知无线电技术的发展目前还存在些障碍首先，目前频谱管制政策尚没有完全放开，认知无线电技