基于图论的认知无线网络频谱动态分配研究

摘 要：随着移动互联网技术的发展，人们对无线业务的需求日益增加，对服务质量也提出了更高的要求。同时，对频谱资源的需求也与日俱增，然而频谱资源确是有限的，频谱资源短缺的问题逐渐暴露出来。目前频谱资源的利用率十分低下，造成了频谱资源的严重浪费。基于此，本文对基于图论的认知无线网络频谱动态分配算法进行了深入研究。

关键词：认知无线电;图论着色;频谱分配

0引言

近些年来，随着我国无线通信技术的快速发展，无线网络频谱资源逐渐短缺，目前国内的频谱管理方法主要是基于静态控制的分配方式，这种分配方式是对频谱进行固定分配，导致频谱利用率低下。而基于圖论的认知无线网络频谱分配方式，实现了频谱的二次利用，这提高了频谱的利用率。目前这也是解决频谱资源短缺的主要方案之一。因此，本文对基于图论的认知无线电网络频谱分配问题进行探讨。

1认知无线电的定义

认知无线电最早于20世纪末由美国提出，是CR的理想载体，是对软件无线电的进一步发展。认知无线电本质上就是将无线资源与计算机通信技术进行结合，进而满足用户的无线资源与服务需求，同时认知无线电设备也能够自行选择更优质的服务。总之，认知无线电就是一种具有学习能力的无线系统，能自动检测到无线频谱中的空洞，通过一定的算法，改变自身的参数设置，从而满足用户对频谱资源的需求。

2基于图论的频谱动态分配算法

2.1数字模型

与传统通信网络相比，基于图论的频谱动态分类算法可以用于小区的规划与信道的分配。目前该频谱动态分配算法模型主要有以下几种：频谱矩阵、干扰矩阵以及分配矩阵构成。

2.2分配算法

（1）着色（CSGC）算法

该算法的主要目的是为了解决分配频谱的质量问题以及用户调制编码技术存在的差异性。由于上述问题的存在使得用户的信道收益存在着较大差异，该算法通过引入效益矩阵从而将这种差异表现出来。此外，干扰频谱也是一个重要的影响因素，因为干扰本身与频段的质量无关，主要受使用用户的位置以及发射功率的影响。在实际分配过程中，一个分配频谱将会对应着一个干扰矩阵，该算法通过三维矩阵对各分配频谱的干扰关系进行了表述。

（2）分组频谱分配算法

该算法是CSGC算法的改进算法，其算法核心是在频谱分配之前就对频谱进行分组。该算法主要可以分为以下两种情况：

一是以用户为分配基础，进行分配，这种分配方式叫做用户分组算法。该算法是将一个用户能使用的所有频谱汇集成一个小组，也就是说有多少用户，就有多少分组。由于用户使用的频谱数量是有限的，小组中必定存在着空闲频谱，当小组进行交集时也必定不是空集。在划分完小组后，其算法的执行步骤与CSGC算法一致。就是以小组中任意一个频谱作为分配标准进行标号计算，计算后选出小组中能够产生最大效益的频段，并为用户分配这个频段，然后对分配过的小组进行更新，最后再次进行分配。分配过程中各小组需要进行信息交换，这是因为各组之间最大效益的频段可能是相同的，而两个小组又不能同时使用同一个频段，否则会产生冲突，如果出现冲突的情况需要对冲突的小组进行重新分配。此外，再分配过程中出现几个小组的最大效益相同，可以随机分配给其中一个小组，其他未分配的小组将进入下一个循环中重新进行分配。

二是以频带为分配基础，进行分配，这种分配方式叫做频带分组算法。该算法是将同一频段的用户汇集成一个小组，也就是说有多少个频段，就有多少个分组。由于多个频段都适用于同一个用户，因此在不同的小组中，会出现相同的用户。小组划分后，其算法的执行步骤与CSGC算法一致。同时具体的分配流程与用户分组算法相同，本文不在进行阐述。

3结语

移动互联网技术的快速发展，逐渐改变了人们的生活方式，丰富了人们的日常生活，但是频谱短缺问题却一直没有得到有效解决。随着人们对无线服务的需求不断增加，使得频谱资源更加紧缺。由于频谱资源是有限的，如何提高其利用率成为了缓解频谱资源紧张的关键。目前基于图论的频谱分配方法能够有效的提高频谱资源的利用率，在未来该项技术一定会再次成为研究的热点。

参考文献

[1] 张敏. 基于图论的认知无线电网络频谱分配算法研究[D]. 汕头大学.

[2] 包媛媛. 基于加权极大独立集的认知无线网络的图论频谱分配算法研究[D]. 2015.

[3] 李艳妮. 认知无线网络动态频谱分配技术研究与实现[D]. 北京邮电大学.

作者简介：杨菊（1997.08.12—）;性别：女，民族：回，籍贯：宁夏同心，学历：本科;现有职称：无;研究方向：计算机科学与技术、无线网络。