认知无线电网络中非授权用户吞吐量性能研究.pdf

高技术通讯2011年第2l卷第7期:764—769赫:①冯治恒②王时龙雷松(重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030)摘要面向认知无线电技术领域,通过开展授权用户(Pu)行为模式和非授权用户(sU)。同时,通过分析su频谱接入策略模型,在SU精确感知PU空闲时间分布状态的条件下求出Su最大吞吐量,得出在已知Pu空闲时间分布规律条件下,Su最大吞吐量随着冲突概率的增大而增大的理论结果。通过与仿真结果的比较,验证了理论结果的正确性。关键词认知无线电,吞吐量性能,空闲时间分布,频谱接入策略O引言认知无线电技术【1'2]通过机会频谱共享方式实现频谱的使用,因此被认为是解决无线频谱的低利用率问题的最佳方案。信道的拥有者被称为授权用户(研胧町user,PU),认知无线电用户被称为非授权户(sec岫useIs,sU)。认知无线电技术使得sU能够周期性地扫描频谱,以确定可获得的空白频谱,然后sU之间可以在不干扰PU的情况下,使用这些感知到的空白频谱进行通信,而一旦PU到来,sU必须退让出信道给PU使用。因此研究认知无线电环境下的动态频谱分配技术尤为重要【。由于吞吐量是路由算法的一个考核指标,集中式路由策略是在掌握全局频谱分布信息的基础上计算最优信道分配和路由【,其缺点是代价过大,仅适用于具有基站等固定基础设施的认知单跳接入网络。而在按需式接入与频谱分配结合时,比如采用“避免切换”分配策略[7]和“K跳独立”分配策略【8J时,都是在发送数据时开始边寻路并分配信道,从而避免了频繁更新全局信息。但这类方法不能满足节点集合动态变化的特点,所提出的路由度量指标忽略了多种时延对选路的影响,因此不适用于频谱分布不规则、存在频段切换的认知无线电网络L9J。现有研究对认知无线电网络吞吐量进行理论分析的较少。文献[10]在Md【0v的PU信道占用模型的基础上,针对PU的行为,制定了一套SU多信道接入方案,进行了网络吞吐量优化分析,但是没有对影响吞吐量的关键参数(如空闲时间关系)进行分析。本文在设计Su的频谱介入策略时考虑了PU空闲时间所占百分比及其分布规律以及对PU占用信道的保护要求,建立了具有普遍性的SU频谱接入策略模型,以最大化系统吞吐量为目标,进而提出了在PU不同空闲时间分布下su用户的最大吞吐量算法,以指导频谱分配算法的设计。,所以它的空闲时间是随机的并且取决于自身的通讯行为。定义Pu的空闲时间为%,概率密度函数为向(t),分布函数为脚(t),忙碌时间为知,所以空闲百分比为一点秽。+￡。在忙碌时间中,定义每个数据包为固定长度L,n。为随机变量,由此得fp=n乒。SU通过发现频谱空隙来避免对PU的干扰,实现频谱共享。在频谱共享的前提下,sU在频谱空隙中进行工作,所以PU的行为必将影响sU的性能,如最大吞吐量、中断率、阻塞率等。因此,建立PU的行为模型对分析SU的相关性能具有重要意义【儿J。PU的平均碰撞概率为群=P{PU数据包冲突}①国家杰出青年科学基金(50925518)和博士点基金(200606IlOl0)资助项目。②男.,!