认知无线电中频谱占用模型及接入策略研究

认知无线电技术被列为解决无线频谱资源短缺问题的核心技术之一。频谱资源占用模型研究则侧重于提取授权用户的频谱使用特征,为认知无线电中的资源共享策略、系统性能评估等研究提供支撑。然而,在现有文献中,针对频谱资源占用模型,缺乏系统而全面的实测研究。针对认知无线电技术的探索,也多以预先假定授权用户模型为基础,缺乏实际的测量与验证。本文以认知无线电为背景,研究了基于实测数据的频谱资源占用模型,以及基于实测验证模型的资源共享接入策略,将频谱资源的空口测量、授权系统的占用模型与非授权系统的共享接入策略三者连成一线,完成了频谱资源占用模型的测量、验证、修正与应用等任务。根据这条主线,本文完成的工作有:(1)设计并配置准确的测量方案,针对分布广泛、代表性强的GSM下行频段进行全天候实地测量,分析处于目标地点、目标频段的频谱资源使用状况。测量结果表明:目标频段的使用效率呈现白天高深夜低的状态,时域占用度最高不超过44%,频域占用度最高不超过36%,说明在该频段开展认知无线电技术研究的潜力较大。(2)根据对实测数据的分析,研究并检验与目标频段频谱占用特性相一致的特征模型,包括排队论模型、ON-OFF模型、离散时间模型与多信道占空比分布模型等。在检验各模型可靠程度的同时,实测数据也为修正完善各个模型提供了依据。验证结果表明,以上模型(及修正后的模型)可以从不同角度更加准确地刻画目标频段的频谱占用特性。(3)选取经过实测验证的排队论模型作为授权用户模型,研究基于信道预留的频谱共享接入策略。为进一步提高信道共享策略的性能,在现有研究基础上将预留接入策略从整数拓展到实数。仿真结果表明,本文提出的两种实数信道预留策略在系统性能和灵活性方面都比相应的整数策略表现更好,且“为切换次用户实数信道预留策略”比“为主用户实数信道预留策略”的性能更优。空口测量、频谱占用建模、占用模型应用三者的结合,实现了基于空口测量的频谱占用模型建立、基于实测分析的占用模型修正与基于可靠占用模型的接入策略设计三大任务。