摘 要

随着无线通信技术的发展与无线设备的不断更新进步，互联网已经深深渗透进了每个人的生活中，无线多媒体业务起到了越来越瞩目的成就，然而，频谱的短缺成了限制无线通信技术的瓶颈，频谱资源的合理利用成了越来越重要的课题。通过认知无线网络技术可以对当前的网络环境进行勘测，重新设置参数，包括调制方式和频谱的范围，动态的接入到空闲频谱中，增大频谱利用率。

提高频谱利用率成了急需解决的问题，而认知无线电网络成了这个问题的关键。本文主要讨论了两种算法。一种是基于图论着色算法的动态频谱接入方法。这种方法很好的考虑到了用户的利用频谱资源的有效性和公平性，提出集中不同的效益矩阵，进行均衡，很好的实现了用户动态的共享频谱资源。另一种是基于博弈论的动态频谱接入方法。这种方法越来越受到研究学者的关注，主用户与次用户建立一个博弈关系，进行信息的交流，从而达到一个稳定的状态，保证用户的服务质量。认知无线电和合理利用频谱资源成了当下的新兴课题，本文主要对基于图论着色算法的分析，同时也对博弈论算法进行了简介，结合面向用户服务的主旨，完整的实现了动态频谱分析接入的功能。

关键字：面向用户服务；频谱的动态接入；图论算法；无线 网络认知

Abstract

With the development of wireless communication technology and wireless equipment constantly updated progress, the Internet has deeply penetrate into everyone's life, wireless multimedia business has played a more and more remarkable achievements, however, the shortage of spectrum become restrict the bottleneck of wireless communication technology, the rational use of spectrum resources become more and more important topic. Through cognitive wireless network technology may survey on the current network environment, and to set parameters, including the modulation mode and range of the spectrum, the dynamic of the spectrum of access to the free, increase the spectrum utilization.

Improve spectrum efficiency have become urgent problems, and cognitive radio network are the key for this problem. This paper mainly discusses two kinds of algorithms. Is a kind of dynamic spectrum access method based on graph coloring algorithm. This method well considered the effectiveness of the user's use of spectrum resources and fairness, the benefit of the concentration of different matrix, to balance, to achieve a good user dynamic sharing spectrum resources. The other is a dynamic spectrum access method based on game theory. This method is more and more get the attention of researchers, the main users and users to establish a game relation, communication of information, so as to achieve a stable state, ensure the quality of the user's service. Cognitive radio and rational utilization of spectrum resources has become the emerging subject, this paper mainly based on the analysis of the graph coloring algorithm, as well as a brief introduction to game theory algorithms, combined with the subject of the user-oriented service, the realization of the complete dynamic spectrum access function for analysis.

Key words: user-oriented services; Spectrum of dynamic access; Graph theory algorithm; Cognitive wireless network

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 关于动态频谱接入技术的研究现状 2

1.2.1 认知无线电技术的研究现状 2

1.2.2 动态频谱分配算法研究现状 3

1.3 频谱分配技术的分类 5

1.4 课题主要研究内容 6

第2章 动态频谱分配相关算法原理 8

2.1 动态频谱分配图论模型 8

2.2 博弈论算法解决动态频谱分配问题 9

2.2.1 博弈论简介 9

2.2.2 博弈论算法流程 9

2.2.3 博弈论系统模型 10

第3章 基于图论的动态频谱算法的仿真 12

3.1 算法的效益分析 12

3.2 敏感图论着色 12

3.2.1 分配的准则 12

3.2.2 仿真结果分析 14

3.3 实验和结果 23

3.3.1 实验仿真结果 23

3.3.2 频谱分配拓扑结构 25

第4章 总结和展望 26

4.1 论文工作总结 26

4.2 研究工作展望 26

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪论

研究的目的及意义

频谱资源是一种类似石油一样的有限的宝贵资源，随着无线通信技术和信息技术的发展，它的作用越来越被凸显出来。它目前主要由国家统一的分配授权，这种分配方法叫做静态分配方法，但是这种静态分配方法存在很多的问题有待于解决。一方面，授权的用户存在频谱利用率过低的问题，没能有效的利用频谱资源；另一方面，非授权的开放频段由于用户过多，使得服务质量非常不理想，频谱资源基本趋近于饱和状态。而随着无线通信的发展进步，无线频谱资源的宝贵性与日俱增。在这种背景下，如何有效的利用频谱，使得频谱资源合理的利用成了一个越来越重要的课题。

由于频谱的利用效率并不高，如何有效的提高频谱利用率成为一个迫在眉睫的问题。于是，认知无线电概念应运而生。认知无线电，顾名思义，就是能对无线通信网络进行认知，认知就是进行信息采集，根据这些数据，对通信的调制方式和信号的幅值进行调节，从而有效的进行抑制干扰。基于自身的优势，认知无线电技术不仅可以有效的提高频谱利用率，还可以通过对无线通信的灵活性，提升系统的功率效率进行大大地改善。

认知无线网络在未来多个领域有着广阔的应用前景，包括未来的移动通信网络中，应急通信以及军事通信中都起着重要的作用。在目前的蜂窝通信移动网络中，各个运营商在自己所授权的频段中都引入了各种无线接入网的技术。随着人们对无线网络的需求越来越高，随着地理位置的改变，具有认知无线电的功能的终端需要具备重新分配频谱资源的能力，随着终端的移动，进行快速切换到合适的通信链路上，以保证用户的体验和满意度。在应急通信中，比如自然灾害将通信链路暂时切断，尤其是固有的通信设施被损坏，人们在需要与外界进行联系时，会使已经分配好的民用频段造成阻塞。这时候，认知无线电技术可以对当时的频谱资源进行挖掘，从而将部分用户的通信转移到未被利用的频谱资源中，这便缓解了通信的难题。在军事领域，未来的战争不会仅仅局限于军力的范围，信息技术引起的信息领域也会是一个新的战场，认知无线电技术不仅可以感知外来的干扰从而进行抗干扰，而且还可以拓宽频谱的检测范围，实现大范围频段的监管。