认知无线电网络中的动态信道分配技术探析

王凌燕

摘要：随着现代电子通讯技术的不断发展，各式各样的电子移动终端都可以通过无线网络技术获得信息资源，但是这种不通过授权就得到资源分配的方式，将使得网络通道发生拥挤，而传统意义上的频谱分配方式又会使很多频道的资源闲置，造成极大的资源浪费，因此，本文将主要针对现代认知无线网络当中的动态信道分配技术和分配模式进行讨论，希望能够在方便用户使用的同时，提高资源的利用效率。

关键词：认知无线电；信道；分配

中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）01-0026-02

认知无线电概念的出现，给现代人们提供了一种新的信号资源利用理论思路，通过对动态信道的分配，能够有效地利用好现有的频谱资源，使更多的用户参与到无线网络的使用当中，同时还提高了无线电信号的传输质量和传递效率，避免了其他不同频段的信号干扰，提高了用户的使用满意度，成为了现代电子通讯技术当中的一项重大发明。

1 什么是认知无线电

1.1 定义

认知无线电也被认为是智能化无线电当中的一种，这种无线电具有较高的灵活性以及无线电信号的可配置性，它可以充分利用智慧化的操作手段，有选择性去改变一些无线电信号网络内的参数值，例如信号的传送功率，信号的载波频率等，这种无线电信号的传送可以不受到时间、空间上的限制，进而对频谱的资源进行合理的分配，因而认知无线电实质上就是一种频谱感知和智能化的技术手段，来达到频谱的动态分配目的，进而在频谱分配中实现资源共享[1]。

1.2 特点

认知无线电最大的特点主要体现在它对周围环境变化的感知和非常强大的适应能力上面，从而根据环境的变化来进行自身参数上的调整，进而增强无线信号传送的安全性。

首先，认知无线电能够最大范围地搜索无线信号资源，然后寻找到频谱中漏洞和空缺的地方，进而建立起一种属于自己的信号库，在感受频谱的过程中，还可分为主动寻找频谱和被动接受频谱两种方式，认知无线电的信号系统终端可以进行射频信号的前端发射，通过射频信号进行频谱采集，分析采集到的数据信息可以进一步进行加工和整理，射频信号采集是主动采集的一种方式，可以有效地掌握到当时信号频谱的使用情况。而被动采集信号主要指的是针对频谱本身的分析，需要选择一定区域作为了解频谱情况的观测范围。

其次，认知无线电还具有一定的分析能力和决策能力，很多无线电的使用者常常会为了提高无线电网络内的系统性能去对接受到的信号结果进行决策，然后根据决策结果减少对其他无线电用户的信号干扰。

再次，一些认知无线电能够运用航天卫星GPS智能导航系统来确定自己的位置，进而减少由于地理原因造成的信号衰弱，然后根据自身实际的地理位置来设定适当的信号发射频率和信号参数的调制[2]。

2 动态信道分配

事实上，在无线网络信号的传递中，信道的资源是非常有限的，要想提高信号传递的数量，必须要对信道进行科学的设计，将频谱设计成为互相独立，不会受到干扰的单独信道，一般分配的方法有固定、动态以及混合三种分配方式，应用最为广泛的即是本文所述的动态信道分配，在资源的分配上并不固定在某一个特定的范围内，而是先将所有的信道资源收集整合在一起，然后再统一进行分配，在进行动态信道的分配时，要事先掌握好一定范围的信号总和，根据不同信道的不同传递质量来确定最终的信道位置。

3 动态信道在认知无线电中的分配情况

3.1 频谱分配

在认知无线电网络的信号传递过程中，频谱分配主要分成动态分配和静态分配，静态的分配方式不是很灵活，所应用的范围比较窄，在此不过多地进行赘述。而动态的频谱分配则是一个不断进行自我调整的过程中，分配系统可以采取科学的决策方式来进行频谱的资源分配与整合，从而让大多数客户的需求能够得到满足，与此同时，对频谱进行有效的分配还可以大幅度提高无线通信网络的性能，充分利用频谱资源，减少频谱资源的不合理浪费[3]。

3.2 信道分配原则

在进行动态信道的资源分配时，理论上是要让所有用户都能够在通道内实现无线电信号的信息传递，找到需要的频谱资源，在信道资源分配过程中，一定要把握好两个原则，其一是要保证动态信道传输的灵活性能，比如说有的认知无线电信号使用的频谱资源并没有得到相应用户的授权，这时候有权限的用户如果使用了这段频谱，另一方的认知无线电使用者就会被踢出这一频谱范围，因而要想保证信号传输不被中断，就要保证信道分配的灵活。其二，要明确动态信道系统分配的主要目的，就是要对有限的频谱资源进行整合并加以全面性利用，不要让过多的频谱浪费掉，因而动态信道的另一分配原则就是要保证整个无线电通讯网络系统的稳定性，根据用户的需求来完成认知。

4 动态信道的分配管理

4.1 动态信道的频谱分配管理

需要明确的是，在认知无线电网络信号的传输过程中，频谱的分配管理对于动态信道的分配管理来说非常重要，只有确保频谱资源的合理分配，才会尽可能地减少出现信道分配失误的可能性，也就是说，根据频谱分配的情况来进一步确定信道的分配，因而必须要做好频谱的分配管理工作，进而找到最为合适的通讯信道[4]。

4.2 公共控制管理

所谓公共控制管理指的则是，需要采用频谱交集的方式来对一定范围内用户所使用的认知无线电信号进行整理，从而确定公共信道的频谱范围。

4.3 构建动态信道的无线电分配模型

认知无线电网络传输过程当中的动态信道分配模型的构建要求比较简洁，一般采用“0，1”型的模式进行标识，“0”的意思是这一频谱中的信道頻段已经被其他终端使用，此频段当前用户不能使用，而“1”的意思则代表这一频段是空缺着的，可以被当前用户所使用。在“0，1”型的动态信道分配下，通常需要认知无线电发射最大的功率信号，以观测当前使用者最远的使用距离，当检测不到信道频段时，即可了解这段频谱资源的覆盖范围。

5 动态信道分配技术中的算法研究

认知无线电本身具有一定的环境感知功能，因而它使用了中心集控式的频谱分配算法，进而实现了自动学习和参数改进，在进行动态信道的检测分配过程汇总，能够准确地找到可使用的闲置频谱，然后在频段的资源分配过程中得到参数调整，设置新的载波发射频率以及无线电信号的发射时间，将一些可使用的信号资源转移到空闲的频段上面去，加强动态信道当中各频谱资源的有效利用水平。在具体的算法操作中，可以这样理解，频谱的使用者可以拥有该频谱下面的各个频段信道，认知后的用户还可以延续对频谱的分配和使用。所谓的“干扰”机制主要指的是那些已经被授权的用户和没被授权的用户之间的有一个协调机制，在无线电网络的系统当中，系统默认只有一个已经被授权的用户可以正常使用该系统，干扰机制的存在就是要设立一个门槛，这个门槛的范围要以已经被授权的用户正常使用时的最差信噪比来设计的，然而在检测的过程中，会有一些认知无线电信号在一定的频谱区域内检测有没有已经被授权的用户在向外界发射信号，假如有找到已经被授权的信号，就代表该用户是存在的，而且没被授权的用户是不可以使用这段频谱内的所有频段的[5]。

5.1 MB DCA算法

当出现没有授权的用户来获取频谱资源时，需要设计3种情况下的“干扰温度”分配方式，也就是正常分配、预警分配以及逃离分配方案，以下是分配技术方案的具体算法：

第一，当原本的使用用户数量比较少，而频谱资源又很充足的时候，可以采用时分同步码分多址，也就是中国移动所设计的频谱编码方式来获取资源。

第二，一旦发现有新的用户要获取进入权限时，可以进行灵活性的边界移动方式来进行动态进入，并且还可以充分使用認知无线电网络来获得快速、准确的闲置频谱范围。

第三，当MB DCA无线电算法开始启动后，会有一段时间的信道堵塞的状况出现，因而需要进行频道的转移，这时候可以根据认知到的无线电得知当时的频道状况，通过没有得到授权的用户向已经获得授权的用户提出进入申请，得到授权用户的允许后方可进入频道。

第四，当授权进入申请成功以后，还需要进一步将这段频道重新分配给新增加的用户，从而获得相应的载波分配方案等，一定要确保信道的通讯环境不会受到影响，还要记得重新开启“干扰温度”的控制程序。

第五，如果“干扰温度”程序恢复正常的使用状况，就意味着刚才新进入的用户可以使用该信道的通讯资源，如果“干扰温度”程序已经变成了预警状态时，就需要对其他授权用户进行保护，使得无线电网络中心控制系统进入到转移下，而如果用户申请的是频谱上其他的频道资源的话，就要再从第三点开始做起，而用户如果开始逃离的话，就意味着该用户的此次申请失败，也就造成了信道堵塞现象的出现。

这种算法的出现又重新改进了MB DCA无线电网络的信道分配方式，同时还运用了认知无线电网络的优势和特点将闲置的频段找到并加以利用，也可以说是将已经拥有的信道资源进行了频率转变，将整个无线电网络系统的容量进行了扩充，不过在真正的动态变化当中，还是会遇到许多问题，例如对闲置的频道资源是应该怎样去进行正确的快速感知，动态信道在进行边界移动分配和频道转移分配时应该如何做出正确的选择，还有对干扰热度程序的选择上，都会对算法的分配结果造成影响，破坏算法应有的性能，因而需要在不断的试错过程中得到改正。

5.2 仿真模型分析

做信道分配技术的仿真模型分析是为了研究无线电网络信息在不同分配策略中的运行结果，对语音结果的堵塞概率，信号数据的完整性有没有受到影响，一般在仿真模型中设置的信道资源容量为24，实验所采用的语音和数据都是随机而生的，数据总量分配服从泊松分布。在下一步的MB DCA仿真模型运行时，加入出现了三个或者三个以上的信道堵塞，就意味着该无线网络使用的是频带转移的分配策略。在对干扰温度程序的设计上面，一般情况下授权用户的信噪比为-3dBm，“干扰温度”程序运行的正常状态下信噪比大于等于-2dBm，预警状态下的信噪比要大于等于-3dBm，并小于等于-2dBm，在逃离状态下的信噪比要小于等于-3dBm。而针对有没有闲置频道资源可以进行使用，如果没有进行频率测试的话，要测试没有进行授权的用户能否成功申请进入，申请结果也是自然产生的，服从二项分布[6]。

6 结语

综上所述，结合当前动态信道技术分配的实际发展情况来看，社会上对无线网络的使用量只会越来越多，为了给用户提供更好的使用体验，必须要提高对频谱的使用率，并通过认知无线电的技术方式来实现对动态信道的分配管理，尽可能地利用好现有的频道资源，在频谱分配的过程中，充分发挥出认知无线电的作用。

参考文献

[1]裴庆祺，李红宁，赵弘洋，李男，闵莹.认知无线电网络安全综述[J].通信学报，2013，01：144-158.

[2]李云，张智慧，黄巍，王勇，曹傧.基于信道分配的多跳认知无线电网络路由算法[J].系统工程与电子技术，2013，04：852-858.

[3]张玲.认知无线电网络中的动态信道分配技术探析[J].网络安全技术与应用，2015，04：52+54.

[4]刘权，赵光胜，王晓东，周兴铭.认知无线电网络信道交汇研究综述[J/OL].软件学报，2014（03）.

[5]范敏，宋晓勤.基于认知无线电的动态信道分配算法[J].无线电通信技术，2012，02：34-37.

[6]宋武华，裴廷睿，赵智，杨万春.一种分布式认知无线电网络联合信道和功率分配算法[J].信息系统工程，2012，09：43-46+40.