基于模糊邏輯和通信優(yōu)先級的頻譜分配算法.pdf

1、摘要頻譜是無線通信所需的珍貴資源，傳統(tǒng)的無線頻譜管理方式使得頻譜的利用率較低，而認知無線電技術(shù)被認為是解決這個問題的有效方法。動態(tài)頻譜分配是認知無線電中的關(guān)鍵技術(shù)，它能對頻譜資源中的空閑頻譜實現(xiàn)動態(tài)管理，提高頻譜資源的利用率。本文在可用空閑頻帶數(shù)量少于認知用戶數(shù)量的前提下，采用集中式的頻譜分配模型，研究并給出了兩個利用模糊邏輯進行頻譜分配的改進算法。第一種算法將認知用戶基站的信號覆蓋面積問題轉(zhuǎn)化成對每個認知用戶通信優(yōu)先級進行劃分的問題，

2、基于認知用戶的頻譜利用率、移動速度、認知用戶發(fā)射機與主用戶接收機的距離，設(shè)計三輸入的模糊邏輯系統(tǒng)進行模糊邏輯運算，計算出每個認知用戶的頻譜接入概率。認知用戶的通信優(yōu)先級與其頻譜接入概率之積定義為認知用戶基站收益，頻譜分配的目標是使認知用戶基站收益最大化。該算法取得的分配結(jié)果能最大化認知用戶基站收益，計算復雜度較低。仿真證實了該方法的可行性。另外，當主用戶系統(tǒng)對認知用戶系統(tǒng)的頻譜使用采用頻譜租賃策略時，為使主用戶在租賃授權(quán)頻帶時獲得較大收

3、益，并保證主用戶的QoS，提出了利用首價密封拍賣和模糊邏輯進行頻譜分配的算法。第二種算法中，認知用戶頻帶分配函數(shù)是表示認知用戶是否獲得空閑頻帶的二值函數(shù)，取值為l和0，取值為1表示該認知用戶獲得了空閑頻帶，取值為0表示該認知用戶未獲得空閑頻帶?？臻e頻帶的最低租賃收益由主用戶基站規(guī)定。認知用戶首先根據(jù)空閑頻帶的最低租賃收益、認知用戶發(fā)射功率、數(shù)據(jù)包到達率建立估價函數(shù)，獲得對該空閑頻帶的預期收益，再向認知用戶基站提交自己對該空閑頻帶付出的通

4、信成本；二輸入的模糊邏輯系統(tǒng)根據(jù)認知用戶發(fā)射功率、認知用戶發(fā)射機與主用戶接收機之間的距離這兩個物理因素，對每個需要接入該空閑頻帶的認知用戶進行干擾因子的計算：然后，把認知用戶通信成本減去其干擾因子的差定義為該認知用戶的通信優(yōu)先級；主用戶基站總收益定義為每個認知用戶頻帶分配函數(shù)與其對應(yīng)的通信優(yōu)先級之積的累加。頻譜分配的目標是使主用戶基ABSTRACTSpectrumasapreciousresourceisneededforwireles

5、scommunicationsWhentakingthetraditionalwayofradiospectrummanagement，thespectrumutilizationislowCognitiveradiotechnologyisconsideredtobeaneffectivewaytosolvethisproblemDynamicspectrumallocationisakeytechnologyofcognitiver

6、adio，itcanmakedynamicmanagementofidlespectruminspectrumresource，andprovidesaneffectivewayforusingthespectrumresourceefficientWetakecentralizedspectrumallocationmodelandintheconditionthatthenumberofidlespectrumbandsisless

7、thanthenumberofcognitiveusersTwonovelalgorithmsofspectrumallocationbasedonfuzzylogicarepresentedinthispaperSignalcoverageareaofthecognitiveradiobasestation(CRBS)istransformedintoeachcognitiveuser’Strafficprioritytobedivi

8、dedinthefirstalgorithmTakingintoaccountthecognitiveuser’Sspectrumutilizationefficiencyvelocityandthedistancebetweentheprimaryuser’Sreceiverandcognitiveuser’Stransmitter，wedesigna3inputfuzzylogicsystem(FLS)toconductfuzzyl

9、ogicoperationforspectrumaccessprobabilityofeachcognitiveUserTheCR—BSrevenueisdefinedastheproductofeachcognitiveuserspectrumtrafficpriorityandspectrumaccessprobabilityThegoalofthespectrumallocationalgorithmistomaximizethe

10、CR—BSrevenueTheresultsachievedofthealgorithmcanmaximizetheCRBSrevenueThecalculationcomplexityofouralgorithmislowSimulationconfirmedthefeasibilityofthisalgorithmInaddition，whentheprimaryusersystemusingspectrumleasingstrat

11、egyforthecognitiveusersystem，inordertogainhighrevenueandensuretheprimaryuser’SQoS，thesecondalgorithmwillusethesealedfirstpriceauctionandfuzzylogictoallocatespectrumbandsInthesecondalgorithm，thecognitiveuser’sspectrumallo