感知无线电技术在异构融合网络中的应用

王晶晶

（海南工商职业学院，海南海口，570203）

感知无线电技术在异构融合网络中的应用

王晶晶

（海南工商职业学院，海南海口，570203）

近年来，多种无线通信技术蓬勃发展，越来越多的用户希望实现多种异构网络的融合，感知无线电技术能够感知周围其他网络中未被占用的的频谱资源，并通过频谱分配技术使用空闲频谱，从而实现异构网络的融合。但是感知用户会对异构网络中的授权用户产生干扰，本文引入了一种基于SIR的功率分配技术，通过功率分配，降低了用户之间的相互干扰，提高了异构融合网络的系统性能。

感知无线电；异构融合网络；功率分配

0 引言

2013 年12 月4 日，工业和信息化部正式向中国移动、中国联通、中国电信颁发4G牌照，均为TD-LTE 制式，并将根据企业申请，依据相关法定程序，批准相关企业开展FDDLTE 网络技术试验。2015年2月27日，工信部向中国电信和中国联通发放第二张4G业务牌照，即FDD-LTE牌照，我国全面进入4G规模商用时代，自此，中国的移动通信正式开始了2G、3G、4G并存的时代,同时，WIFI系统也已成为当前推动宽带无线通信技术持续发展的动力。如此多的网络并存，如图1，无疑增加了运营商的维护成本和用户的使用成本。

对于最终消费者而言，并不关心网络的logo 是“3G”还是“4G”，只关心用户体验到的速率；反言之，对于运营商来讲，也不希望给客户造成某一张网好而另一张网差的品牌印象，而是希望客户对运营商的整体品牌有强烈的认同感。因此，基于全IP的异构网络共存和融合[1][2]已成为下一代无线网络的重要特征。

图1 目前中国共存的移动通信技术

目前现存的这些异构无线网络标准在给人们提供方便高质量通信的同时，也加大了对频谱资源的需求，由于频谱资源有限，而无线通信业务却以指数形式增长，因此频谱资源已显得越来越缺乏。

感知无线电[3][4]技术作为一种更智能的频谱共享技术，能够依靠人工智能的支持，感知无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时自适应地改变系统工作参数，动态的检测和有效地利用空闲频谱，理论上允许在时间、频率以及空间上进行多维的频谱复用。感知无线电的出发点就是就是在不影响授权频段正常通信的基础上，具有感知功能的无线通信设备可以按照某种伺机接入方式接入授权的频段内，并动态地利用频谱。

1 异构网络场景

目前的移动通信技术有多个无线网络并存，单个无线网络既不能满足日益增长的业务需求，也不能合理地利用频谱资源。因此，多个网络协同工作，通过感知无线电技术实现不同网络之间频谱资源的共享，从而将单一封闭式网络发展为异构融合网络[5][6]，为用户提高更高效率的服务。

异构网络场景指的就是在同一个地理区域下多种不同重叠覆盖、共存的场景，一个抽象的场景如图2所示。

图2 异构网络场景

要想实现多个异构网络的融合，就需要让不同的网络之间能共享频谱资源。我们可以在每个网络上都添加一个感知模块，当自己的频谱资源紧张时，可以通过频谱感知获得其他网络的空闲频谱，这里采用感知无线电中的频谱检测技术。不限定哪个网络是感知网络，哪个网络是授权网络，所有网络节点的用户都不有感知模块，均能感知周围的频谱信息，每个网络既可以是感知网络，又可以是授权网络，当它感知其他网络的空闲频谱并伺机接入时就是感知网络，当它被其他网络感知时就是授权网络。每个网络都要统计自己网络内用户的带宽需求，检查剩余的频谱资源是否够用，当其没有空闲频谱时就需要感知其他网络的的空闲频谱。通过感知技术，提高了频谱的利用率，实现了多个异构网络间的融合。感知模块工作流程如图3所示。

2 基于SIR的功率分配

当前网络中的频谱资源紧张时，感知模块通过感知同一覆盖区域内其他网络的空闲频谱资源，并伺机接入其他网络，这时，感知用户和网络中的授权用户之间肯定会会造成干扰，为了降低感知用户及网络中授权之间的相互干扰，本文引入了一种基于SIR的功率分配技术，在保证SIR的基础上用功率分配降低感知用户和授权用户之间的干扰。

以上行为例，授权网络的基站根据通信需求设置目标SIR，用户的上行数据到达基站后，基站测量接收信号的SIR，并将接收到的SIR与目标SIR作比较，如果接收到的SIR大于目标SIR，则在下行发送提高功率的信号，反之，如果接收到的SIR小于目标SIR，则在下行发送降低功率的信号。在用户端，当接收到基站发送的功率调整指令后，根据提高或者降低功率的命令，调整下一帧的发送功率，如图4所示。通过功率控制，让所有的用户的SIR保持在一定范围内，进而降低感知用户及授权用户间的干扰。

图3 异构融合网络的频谱共享流程图

图4 功率控制过程

3 数据仿真与分析

利用MATLAB仿真异构融合网络中加入功率分配前后的对比，分别设定不同的目标SIR，仿真了授权用户在加入功率控制前后的BER，仿真结果如图5所示。

从图5可以看出，加入本文中提出的基于SIR的动态功率分配后，授权用户的BER特性得到了明显改善，系统的性能明显得到了提高。从图中的仿真结果还可以得出，目标SIR设置的越大，授权用户BER的改善效果越明显，感知用户和授权用户之间的干扰越小。

图5 加入动态功率分配前后授权用户的BER仿真

4 结束语

面对目前多种多样的无线接入网络，越来越多的用户希望能够实现各种异构网络的融合，用户只需要一个终端就能在多个异构网络间互相切换，感知无线电技术使网络中的用户在频谱资源匮乏的状态下能通过感知其他网络的空闲频谱进行接入，本文通过引入基于SIR的功率分配技术，降低了感知用户和授权用户之间的干扰，提高了异构融合网络的系统性能。

[1]3GPP TS 36.331 V8.4.0. 3rd Generation Partnership ProjectTechnical Specification GroupRadio Access Network EvolvedUniversal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Radio ResourceControl (RRC) Protocol specification (Release 8), 2013.

[2]通信世界网．欧洲进入FDD/TDD融合网络测试热潮期[z].2012．

[3]S. Haykin. Cognitive Radio: Brain-Empowered Wireless Communications. IEEE JSAC, vol. 23, no. 2, February 2005.

[4]Qing Zhao and Brian M. Sadler. A survey of dynamic spectrum access, IEEE Signal Processing Magazine, MAY 2007:79—89.

[5]王雨.认知无线电技术在异构网络中的研究与仿真[D].北京邮电大学，2013.

[6]张从武，胡坚波. 异构无线网络融合关键问题和发展趋势探讨［J］. 信息通信技术，2012（3）：13-17.

王晶晶，硕士，讲师，主要从事移动通信技术的研究。

Applicationof Cognitive RadioTechniquein Heterogeneous ConvergedNetwork

Wang Jingjing
（Hainan Technology and Business College,Hainan Haikou,570203）

In recent years, the wireless network technology has a great development. More and more users hope to realize the convergence of the multi-heterogeneous network. The cognitive users can sense the idle spectrum which is not occupied by this technology. Then it can realize the convergence of the heterogeneous network. But the cognitive user will produce the interference for the licensed user. This paper uses a power allocation technique based on SIR. Simulation results prove that theinterference will be reduced and the performance will be improved after using the power allocation.

cognitive radio；heterogeneous convergednetwork；power allocation

TN929

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