基于博弈论的无线电频谱分配

认知无线电系统是一个智能的无线通信系统，她能够感知外界的无线频谱环境，通过对环境的了解和学习实时的调整系统的内部状态（传输功率载波频率、调制方式），以适应外界环境的变化，达到系统性能的最优化。

在无线电中，未来解决目前固定分配频谱利用率较低的，频率资源匮乏的问题，需要找到更有效的方法来充分感知和利用无线频谱资源。

频谱分配就是根据需要接入系统用户数目及其服务要求将频谱分配给一个活多个指定用户。频谱分配的主要目的就是通过一个自适应策略有效的选择和利用空闲频谱。利用动态频谱分配策略，课有效的提高无线通信的灵活性，使授权用户和飞授权用户之间避免冲突，公平地享有频谱资源，满足用户因不同业务而不断变化的需求。

认知无线电可感知无线通信环境、并可根据一定的学习决策算法，实时、自适应地改变系统工作参数。它有两个目标：

（1）有效地提高频谱利用率

（2）有效地提高通信的可靠性

John Notor认为软件无线电（Software Defined Radio, SDR）不是CR实现的必然条件，CR也不是SDR的发展，它们之间是重叠关系[7]。

概括来说，认知无线电是一种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，动态地检测和有效地利用空闲频谱的无线电[8]。

认知无线电的特点

1.对环境的感知能力

2.对环境变化的学习能力

3.对环境变化的自适应性

4.通信质量的高可靠性

5.对频谱资源的充分利用

6.系统功能模块的可重构性

认知无线电频谱分配原理

认知无线电的频谱分配与其它通信系统分配具有很多共同的特性，但由于认知无线电自身择机借用户频谱的特点，其频谱分配也必须满足一些特殊的要求，具体的频谱分配原理

（1）保证灵活性。认知无线电是能够检测可用频谱资源，择机的借用主用户频谱进行通信的无线电。因此，可用频谱的必须实时更新，而一旦主用户恢复对某段频谱空间的使用，认知用户就必须在较短时间内退出该频段，选择其它的频段进行通信。这样一来，认知无线电中的频谱分配技术区别与其它无线通信频谱分配的最主要特点就是保证灵活性[10]。认知无线电任何频谱分配技术的研究都要有较强的频谱退避和转换功能，而由于可用频谱信息的不断更新，相应的频谱分配算法也必须满足实时性的要求。

（2）提高系统性能。频谱分配技术的主要目的是对可用频谱空间进行合理的分配，使得系统性能得到改善或逼近于最优状态。根据不同应用需要，某个认知系统对性能发要求可能不一样。比如最小化系统干扰为目的、以提高频谱分配公平性为目标、以最大化系统吞吐量为目标等等。我们可以根据不同的系统应用需要，提出不同的算法目标函数，以此指导频谱分配算法的设计。

（3）减少信令开销和计算量。频谱分配算法的设计无疑需要一定的算法信令传输并占用一定的计算时间，这些都可看成分配功能，因此，频谱分配算法的设计必须考虑用户间以及用户与中心控制器之间控制信令的杂程度，分布于用户或者中心控制器上的算法计算量也是需要考虑的一个问题。

（4）满足用户通信需求。用户使用频谱时由于自身的信道衰落特性不同，分配的载波和功率也不同。对于衰落较差的信道，其分配的结果可能达不到用户的通信需求，因此，需要采取有效的算法均衡分配。（刘鑫，谭学治。认知无线电中OFDM多用户频谱分配。哈尔滨工程大学学报，30（10），2009.10:1165-1166

总之，认知无线电的频谱分配具有一定的普遍性和特殊性，在我们设计频谱分配算法时必须充分给予充分考虑，满足以上所列的设计原则。

1.频谱分配技术的分类

对频谱资源的分配往往需要考虑系统的应用需要以及系统网络结构等特点，我们对不同的频谱分配技术按性质进行分类，具体如下：

（1）按分配方式分类

频谱分配技术按分配方式分类一般分为静态频谱分配、动态频谱分配和混合式频谱分配。

静态频谱分配是指按固定的频谱分配表将频谱分配给系统内各用户，用户不能按自身需要改变可获得的频谱资源，这种方式较为简单，系统开销小，但分配不灵活，不能满足用户不断变化的需求。

动态频谱分配是指系统能够通过一个自适应策略有效地（高效率以及可实施）利用频谱资源，满足不同用户对频谱资源的需求，增大系统容量，提高频谱利用率。

混合式频谱分配是指静态频谱分配与动态频谱分配相结合的方式，既保持了静态分配的特点，又不失去灵活性。

在认知无线电中，频谱分配算法设计要求以对可用频谱的检测以及发射功率控制的要求为基础，选择适应无线环境时间裱画特征的频谱分配策略，因此，认知无线电中的频谱分配以动态频谱分配为主。利用动态频谱分配可以提高无线通信的灵活性、信道使用效率，可使主用户和次用户之间避免冲突并公平共享频谱。

（2）按网络结构分类

频谱分配技术按网络结构分类可分为：集中式频谱分配和分布式频谱分配。

集中式频谱分配指网络小区中存在一中心实体（如基站等），完成对小区各用户的频谱分配。在认知无线电中，要求小区用户能够周期性的检测可用频谱，将检测结果报告中心实体，中心实体由此生成频谱分配表完成频谱的分配。

分布式频谱分配指网络小区采用分布式结构，无中心控制节点，小区中每一个用户都参与可用频谱的检测和频谱的分配工作，频谱分配结果与节点采用的策略有关。

认知无线电按其自身网络结构特点可采用集中式频谱分配方式或分布式频谱分配方式，目前针对两种方式的研究都较多成绩。

（3）按合作方式分类

频谱分配技术按合作方式可分为：合作式频谱分配与非合作式频谱分配。

合作式频谱分配指小区中各节点互相合作，节点的频谱分配策略不仅考虑本节点的应用需求，还考虑此策略对其他用户造成的影响[11]。因此，集中式频谱分配都属于合作式分配方式，当然，在分布式网络结构中也存在合作式的频谱分配。

非合作式频谱分配指节点的频谱分配策略只考虑节点本身的需要，这类用户可定义为自私用户，在这类分配方式下，系统的频谱利用率较之合作式分配方式会有所下降。

认知无线电中采用不同合作方式的频谱分配技术主要取决于关键算法的需要以及对系统性能的。

1.综合以上所述，列出表2-1

频谱资源

频谱空穴是指分配给授权用户但是在特定时间和地理位置授权用户部分或全部未利用的特定频带。由于授权用户在时域的多样性需求，使得频谱空穴不仅在时间上是动态变化的，而且依赖于授权用户的地理位置，是一种不确定的资源。频谱空穴可由物理层检测、租借等多种方式获得。与传统无线通信相比，频谱空穴提出了一种新的自由度。

频谱分配的本质

频谱空穴的新的自由度就决定了认知无线电必须采取动态频谱分配（DSA ，Dynamic Spectrum Allocation ）才能够通过识别频谱空穴实现CR 用户与授权用户的频谱共享。认知无线电在为CR 用户进行动态频谱分配时必须满足以下两个条件：

（1） 实际的CR 系统不对授权用户造成有害干扰

（2） 在满足授权用户允许承受干扰能力的条件下存在实际可用的CR 系统

因此这种机会接入频谱的特性决定了认知无线电动态频谱分配的本质就是受限的频谱分配问题，即在CR 用户可用频谱根据授权用户占用情况动态变化的条件下，确定哪些CR 用户可以接入网络并如何协调这些CR 用户优化频谱分配。

频谱分配模型

目前频谱分配的模型主要有：图论着色模型、博弈论模型、拍卖竞价模型、干扰温度模型等，下面简单介绍下这几种模型。

（1）图论着色模型

图论着色模型于蜂窝通信时代就应用于小区的频率规划和支配，是一种较为成熟的模型。由于择机使用主用户的频谱，因此认知用户的可用频谱受到了主用户位置、工作状态及覆盖范围的影响，具有空时变化的特性。

图论着色模型是由Zheng 等人提出的，它以图论为基础，在频谱分配的研究中，将认知用户构成的网络拓扑结构抽象成图(,,)G V E L [22]，如图2-1所示。图中方框代表认知用户V ，有三个信道A 、B 、C 对于认知用户（图中顶点1-5）来说是机会式可用的，假设所有信道拥有相同的带宽。I IV -表示授权用户，它们目前正占用信道A 、B 、C 、C 。频谱共享协议规定，主用户占用的信道不能被其邻近的认知用户使用。因此，在主用户I IV -干扰范围内的认知用户不能与主用户使用同一频段。在图中，虚线组成的圆代表各主用户的干扰范围。例如，节点1在主用户I 的干扰区域内，因此节点1不能使用信道A 。所以，可将每一个顶点与一个集合关联，这个集合代表该顶点所在区域内可用的频谱资源。由于每个顶点所在的地理位置不同，因此频谱集合也就不同。如图中，对于节点1

来说可用频谱集合为B C （,），节点4可用频谱集合为,A B C （,）

。频谱分配就是为了解决如何让这些认知用户更好地共享可用信道这一问题。另外，在图中用边E 表示两个顶点间的干扰或冲突。也就是说，若两个节点由一条边连接，则这两个

节点不能同时使用相同的频谱。如图中虽然节点1可用信道集合为B C （,），节点

4可用信道集合为,A B C （,）

，但是节点1使用信道B 时节点4就不能使用。而且，

节点1和5也相互制约。

简言之，图论模型中每一段频谱用颜色L 表示，认知无线电使用主用户暂未使用的频段进行接入，即“0、1”方式。所以，当主用户正使用当前信道，为了避免对其干扰，在主用户覆盖范围内的认知用户不能使用此信道；反之则可。同时，认知用户间也有干扰的约束。如果两个认知用户在使用同一频段时距离过近就会产生干扰，这也是必须避免的。

图2-1仅仅是认知无线电网络中的一个瞬间快照。实际环境中可用信道是不断变化的，认知无线电网络和主用户的拓扑结构也会随着环境的变化而不断改变，网络中的节点可通过对变化的检测结果和信息的实时交互来更新拓扑信息。但是为了简化频谱分配的研究，通常假定系统的拓扑结构在一个检测周期内不会变化的。以下的章节中我们交换使用信道和频谱的概念。

图2-1 认知无线电系统的图论着色模型

（2）博弈论模型

博弈论[23]是现代数学的一个新分支，又是运筹学的重要部分。其应用领域十分广泛。进行频谱分配时，博弈论一般用于分析分布式网络中各认知用户是如何竞争频谱的，并根据所获信息单独进行决策。

通常一个博弈过程包括五个方面：

1、参与者（Player ）：博弈中进行独立决策的参与者也称为局中人；两个局中人的博弈行为称为“两个博弈”，多个局中人的博弈行为称为“多人博弈”。 1 (B,C) I （信道A ）

2 (A) II （信道B ） III (信道C)

3 (A,B)

4 （A,B,C ）

IV (信道C)

5 （A,B ） 认知用户

I-IV ： 授权用户

：

2、策略（Strategies ）：在每一局博弈中，参与者都会选择一种实际可行的方案，此方案称为一个策略；在博弈中局中人有有限个策略，则称之为“有限博弈”，否则为“无限博弈”。

3、信息（Information ）：它是参与者选择策略的前提。若一个参与者对所有参与者的策略和组合都有充分的了解就称之为完全信息；反之为不完全信息。

4、次序（Orders ）：由于每个博弈方的决策有先后之分，所做的决策也不止一次，这样就产生了次序。如果次序不同而其他要素相同，博弈也会不同。

5、得失（Payoffs ）：博弈的结果称为得失。各参与者的得失与自身和全局所有参与者选择的策略有关。

以上五个方面能够确定一个博弈，博弈的解就是所谓的均衡[24]。纳什均衡就是一个稳定的博弈结果。

通常，假定一个分布式的认知网络由N 个发射-接收机所组成，其中的每一个节点固定或移动较慢，节点能够检测可用频谱并决定传输的信道。如果系统中有K 个信道用于传输（K N <），多个用户可以共用一个信道进行传输，即整个系统工作在一种非独占式的频谱共享方式下，用户通过合适的传输频率可以有效建立一个能够降低同道干扰的信道复用分布图。认知用户拥有同样的行动集和对应的效益函数。

认知系统中的频谱分配问题可建模为博弈的输出，博弈者是认知用户，博弈策略是对信道的选择，博弈的效益和信道的质量有关。利用博弈论解决频谱分配问题的数学描述为：

={,{S },{}}i i N i i N N U ∈∈Γ (2-1)

式中，N 代表了博弈者的有限集合，S i 为博弈者i 的策略集，i N ∈为策略空间，定义i S S =?，则i U ：S R →为效益函数集。博弈Γ中每一个博弈者i ，效益函数i U 是博弈者所选择策略i S 和对手策略i S -的函数。

（3）拍卖竞价模型

频谱分配与经济学中的拍卖竞价有着许多相似之处。例如，标的物都有一定的价值，能够给占有者带来性能上的提高；而且都存在很多的竞争者。因此可将此理论应用于认知无线电的频谱分配中。如今拍卖竞价理论已被证明是解决频谱分配问题的一个有效方法。

拍卖竞价的频谱分配模型中[25]通常采用集中式的网络结构，中心控制器充

当拍卖人，认知用户为投标者。每一次拍卖中，投标者为了满足自身需求给频谱资源投价，拍卖人会根据确定规则来判定胜利者。与其他分配方式相比，拍卖竞价机制的优势是：它被自然分散，需要较少的信令交换和计算开销。

此模型应用了拍卖定价的原理，因此认知用户通常都是“自私而理性的”，所以，基于拍卖竞价的频谱分配有如下特点：

1、用户行为都是非合作性的。因为投标者自私且理性，它们根据自身需求对频谱定价并将价格信息发送给拍卖人，整个过程中并不需要其他认知用户的策略信息。

2、频谱分配算法需要合理的计算开销和执行时间。拍卖竞价的频谱分配算法中大部分运算都集中在拍卖人和投标者身上，每个投标者要评估各个可用频谱，拍卖人要通过收集的所有竞价信息进行赢家的判断。这些都要求频谱分配算法具有合理的计算开销和执行时间。

3、具有集中控制和分布式行为的性质。

4、信令开销小。虽然投标者在进行频谱竞价时会造成较大的运算负担，但是它们都是自主出价，彼此间不需太多信息交互，这使得拍卖竞价的频谱分配算法信令开销较小。

（4）干扰温度模型

干扰温度等同于噪声温度，主要用来度量干扰功率及其相应带宽。它是FCC 于2003年引入来量化和管理干扰[26]的。在这个模型中，工作在授权频段的认知设备可以通过测量干扰环境来调整发射机的功率、频谱等，避免对授权用户的干扰超过规定的温度限。干扰温度定义为：

11(,)(,)c c P f B T f B kB =

(2-2)

式中，1(,)c P f B 表示中心频率为c f 、带宽为B 范围内的平均干扰功率，单位为瓦特（W ），k 为波尔兹曼常数，值为231.3810/J K -?。

干扰温度模型（如图2-2）使用干扰温度作为判决门限，即采用授权用户接收端所能容忍的最大认知用户干扰信号进行判决。在工作频段内，只要认知用户的累计射频功率不超过设定的门限值（门限值指的是在某一区域内某频段所能容忍的最大干扰值），认知用户就可以使用此频段。任何认知用户在使用这一频段时都要保证对授权用户的干扰不超过门限值。用公式表达即为：

1,s )c L T f B T T +≤（ (2-3)

式中，s T 为认知用户带来的干扰温度增量，L T 即为设定的干扰温度门限值。

主用户发射天线间的距离

接

收

功

率

水

平

图2-2 认知无线电系统中的干扰温度模型

频谱分配的性能评价

一般对认知用户进行频谱分配都是基于以上几种频谱分配模型而进行的，对分配结果进行性能评价可以从系统总带宽、公平性和时间开销、网络效益等几个方面进行[47-50]。

从系统总带宽评价频谱分配的性能，一般由系统在规定的一个分配周期内所获得的总速率决定，结果可以由多次实验统计的累积分布函数F （x ）

表示。从公平性评价频谱分配的性能，可以利用方差来衡量，方差越大，说明公平性越差。时间开销指对系统中认知用户进行频谱分配时所需的时间，通常时间开销较小的算法拥有良好的性能。从网络效益方面来评价频谱分配的性能好坏，可以通过如下公式来衡量：

,,111()==.N N M

n n m n m n n m U R r a b ===∑∑∑ (2-4)

使用一种频谱分配算法进行仿真分析时获得的网络效益值越大，说明该分配算法性能越好。在文章的一下章节中对频谱分配进行性能评价主要从网络效益方

面进行考虑。

小结

本章主要介绍了认知无线电频谱分配技术的一些相关理论知识，首先介绍了频谱分配的分类和原则，这些都为之后的频谱分配研究提供了依据。其次对频谱分配中的几种关键技术和制约因素进行了分析，这些都是下一步研究频谱分配模型时所要考虑的因素。最后介绍了频谱分配的模型，主要有图论着色模型、博弈论模型、拍卖竞价模型、干扰温度模型等。

（1）基于图论的频谱分配模型

基于图论的频谱分配模型是简历在相应的干扰和约束条件之上的[9]。在认知无线电的研究中，将认知用户组成的网络拓扑结构抽象成图。图中的每一个顶点代表无线用户。每一条边表示的是一对顶点间的冲突或者干扰。特别的，如果图中的某两个顶点由一条边连接，则假定这两个节点不能同时使用相同的频谱。另外，将每一个顶点与一个集合相关联，这个集合代表该顶点所在区域位置可以使用的频谱资源。由于每个顶点地理位置的不同，因而不同顶点所关联的资源集合是不同的。

图3-1是一个认知系统网络拓扑结构图示例。图中的五个顶点1-5代表五个不同的认知无线电用户，认知系统可使用的共有3个频段A、B和C，当前位置上面分布有四个主用户小区，即用户I-IV，他们使用的频段分别是频段B、A、B和频段C。由于认知无线电择机使用主用户相同的通信频段。图中圆通表明了主用户的覆盖范围，chnl X代表主用户使用的工作频段，每个节点不同的关联信道集合表明了节点处用户的所以频段。在图中，顶点1的可用信道是（A、B、C），节点2是（A、C）。

图3-1 认知系统网络拓扑图示例

基于图论的模型中规定了空闲矩阵，效益矩阵，干扰矩阵和分配矩阵四个基本矩阵。

空闲频谱矩阵{}{},,|0,1n m n m N M L l l ?=∈,N 为用户数（下标从0到N-1），M 为总频

带数（下标从0到M-1），,1n m l =表示频带m 对于用户n 是可用的，,0n m l =表示不可用。

效益矩阵{},n m N M B b ?=,,n m b 表征用户n 使用频带m 所带来的效益权重，如频谱利用率等。将矩阵L 与矩阵B 相结合，可得出有效频谱的效益{},,B n m n m

N M L l b ?=?。 干扰矩阵集合{}{},,,,|0,1n k m n k m N N M C c c ??=∈,,,1n k m c =表示用户n 和用户k 在同时使用频带m 时会产生干扰，当n=k 时，,,,1n k m n m c l =-，仅由空闲频谱矩阵L 决定。

无干扰的频谱分配矩阵{}

{},,|0,1n m n m N M A a a ?=∈,,1n m a =表示频带m 被分配给

用户n 。A 必须满足无干扰条件： ,,0n m k m a a ?=,,1,,,n k m fc n k N m M =?<< (3-1)

把上述频谱分配抽象为一个图(,,)c B G U E L 的着色。U 是图G 的顶点集，表示共享频谱的用户，B L 表示顶点可选颜色集合和权重，c E 是表集，由于扰约束集合C 决定，当且仅当,,1n k m c =时，两个不同的顶点（用户）,u v U ∈之间有一条颜色为m （频带m ）的边。于满足式（3-1）条件的有效频谱分配对应的着色条件可以描述为：当两个不同顶点间存在m 色边的时候这两个顶点不能同时着m 色。这样，我们便可以根据图论着色理论原则对认知无线电用户进行频谱分配。

（2） 基于定价拍卖的频谱分配模型

利用微观经济学中定价拍卖原理而制定的无线电资源分配机制在近年来得到广泛的研究,而且已经被证明是认知无线电网络的频谱分配问题的有效解决方法。

在这种基于定价拍卖的频谱分配模型根据不同的网络效用需要来确定自身的目标函数，即确定赢家胜出的规则。例如采用最大化系统吞吐量原则将某段频谱分配给在其上吞吐量投标值最大的用户，利用效用公平原则和时间公平原则保证投标者在竞争频谱资源过程中的效

用公平和时间公平等等。

由于在频谱分配过程中引入了定价拍卖原理，认知无线电用户即投标者原则上都是“自私的”、“理性的”，这使得基于定价拍卖的频谱分配模型具有如下一些特点：（1）非合作的用户行为。由于投标者是“自私的”、“理性的”，每个投标者都会根据系统效用需要对可用频谱进行定价，将评估的价格传送给拍卖人，而无需

知道其他用户的信息和策略。

（2）分配算法需要合理的执行时间和合理的计算开销。基于定价拍卖的频谱分配算法中大量的运算集中在投标者和拍卖人身上，例如投标者需要对每个可用

频谱单元进行评估，拍卖人需要收集全部投标者定价并进行赢家判断等。

（3）信令开销小。虽然对频谱单元的定价为投标者增加了较大的运算负担，但由于用户之间非合作的关系以及投标者和拍卖人之间信息传递的完备性，使得

基于定价拍卖的频谱分配算法拥有较小的信令开销的优点。

从以上的加上中我们可以看出，基于图论的频谱分配模型和基于定价拍卖的频谱分配模型充分利用了经典数学和微观经济学理论，为认知无线电中频谱分配提出了解决问题的框架，基于此两类模型的具体算法也得到了广泛的研究。然而，为了推动认知无线电频谱分配技术的不断发展，提出新的频谱分配问题模型成为了普遍的迫切需要。

然而基于图论模型的拼配分配完成时间与空闲信道数的多少以及网络的动态变化，基于定价拍卖的模型适合于主、次用户间为租用关系的认知无线电系统，应用范围也具有局限性。为了推动认知无线电频谱分配技术的进一步发展，提出新的频谱分配问题模型已成为普遍需要，于是诞生了基于博弈论的研究方法。基于博弈论反应实时认知用户交互过程的认知周期映射为一个博弈模型，对分布式动态频谱分配算法进行分析。她使用严谨的数学模型解决认知网络中不透光用户间的厉害冲突，在决策选择问题上能够起到关键知道作用。

1.一种认知无线电系统中一种基于图论的频谱分配方法，其特征在于该方法包括以下步骤：a.根据信道空闲矩阵L＝{l n，m |l n，m ∈{0，1}} N*M 和干扰矩阵C＝{c i，j |c i，j ∈{0，1}} N*N ，计算节点可用的频段数目frenum(频段度目)和节点的邻居节点的数目linknum(连接度数)，其中N为网络中总的认知用户数目，M为系统中总的信道数目，l n，m ＝l表示信道m对于认知用户n可用，l n，m ＝0表示信道m对于认知用户n不可用，c i，j ＝1表示认知用户i和认知用户j同时使用同一信道会产生干扰，而c i，j ＝0表示认知用户i和认知用户j同时使用同一信道不会产生干扰；b.计算各节点的优先级其中ConnetFailRate表示区域呼损率，选择具有最大优先级的节点进行分配，若节点具有相同的优先级，选择频段度数较小的节点进行分配，若频段数仍然相同，则随机选择；c.确定分配节点后，在它的频段列表中，找出与其邻居具有最小干扰的频段进行分配；d.分配此频段后，将与其具有此相同频段的邻居节点中删除此频段，更新拓扑图；e.重新更新其他节点的信道空闲矩阵L和干扰矩阵C，返回第一步重新计算优先级，直到所有节点均分配完毕，此时第一轮分配结束；f.当第一轮分配结束后，在每个节点中去除已

经分配给自己的信道以及邻居节点已经使用的干扰信道，连接干扰关系仍然保持不变；g.按照相同法则继续进行第二轮、第三轮的分配，直到在每个节点中去除已经分配给自己的信道以及邻居节点已经使用掉的干扰信道后，所有节点都不存在可用信道为止。

本发明的目的是提供一种认知无线电系统中一种基于图论的频谱分配方法，该方法在计算分配优先级时，将信道可用度和信道连接度综合考虑，同时引入了区域呼损率参数，降低了呼损率，提高了频谱利用率。具体步骤如下：首先计算各节点的频段度数和连接度数，然后根据频段度数、信道连接度和区域呼损率参数计算出各节点的优先级，选择具有最大优先级的节点进行分配；若节点具有相同的优先级，选择频段度数较小的节点进行分配；确定分配节点后，在它的频段列表中，找出与其邻居节点具有最小干扰的频段进行分配；分配此频段后，将与其具有此相同频段的邻居节点中删除此频段，更新拓扑图；返回第一步重新计算优先级，直到所有节点均分配完毕。

博弈论基本概念

博弈论，英文名 game theory ，是研究决策主体的行为发生直接相互作用时候的决策以及这种决策的均衡问题的理论。也就是说，博弈论研究当一个主体，譬如说一个人或一个企业的选择受到其他人（其他企业）的选择的影响，而且反过来影响到其他人（其他企业）选择时的决策问题和均衡问题。所以在这个意义上说，博弈论又称为“对策论”。

博弈论的定义：在一个n 人博弈的标准式表述中，参与者的战略空房为n s s ...1,收益函数为n u u ...1，我们用G={错误！未找到引用源。n s s ...1；n u u ...1错误！未找到引用源。}表示此博弈。博弈的标准时包括：

（1）博弈的参与者；

（2） 每一参与者可供选择的战略集s ；

（3）真对所有参与者可能选择的战略组合，每一参与者获得的收益u.

博弈论与常规的优化决策理论的不同之处在于：博弈论中参与者在利益上有冲突；参与者要各自做出优化决策，并企图使个人的利益最大化；每个人的决策和他人之间有相互作用，即他人的决策会影响某个人，而某个人的决策也会影响他人；在博弈论中一般假定参与决策的个体均为“理智的”，从而进行理性的逻辑思维。

博弈论是一种使用严谨数学模型来解决现实中利害冲突的理论，由于冲突、合作、竞争等行为是现实中常见的现象，因此很多领域都能应用博弈论，如军事领域、经济领域、政治外交等。

纳什均衡就是博弈中每个博弈方各策略构成的策略组合，其中每个博弈方的策略都是针对所有其他博弈方的策略构成来制定的策略组合的最佳反应。“最佳反应”指的是该策略带

给采用它的博弈方的利益或期望利益，大于或至少不小于其它任何策略能带来的利益。

博弈论的产生及发展

18 世纪以前，博弈问题的研究便在学术界展开了，而现在博弈理论中的一些经典博弈模型，如关于产量决策的 Cournot 模型和关于价格决策的 Bertrand 模型（分别于 1838 年，1883 年提出），但博弈论的真正发展则是在 20 世纪。

20 世纪初期是博弈论的萌芽阶段。其研究对象主要是从竞赛与游戏中引申出来的严格竞争博弈，即二人零和博弈。在此阶段提出了博弈扩展性策略、混合策略等重要概念。这一阶段最重要的成果就是诺伊曼的最小最大定理(1928)，他为二人零和博弈提供了解法，同时对博弈论的发展产生了重大影响。30 年代前后是博弈论学科的建立时期。冯·诺伊曼和摩根斯坦恩于 1944 年出版的《博弈论与经济行为》汇集了博弈论的研究成果，将其框架首次完整而清晰地表达出来，使之成为一门科学。该书还详尽地讨论了二人零和博弈，并对合作博弈作了探讨，开辟了一些新的研究领域，并在经济学上广泛应用。

50 年代是博弈论的成长期。纳什为非合作博弈的一般理论奠定了基础，他提出了博弈论中最重要的概念——纳什均衡，开辟了博弈研究的一个全新领域。他规定了非合作博弈的形式，定义了著名的“纳什均衡点”。此后四十余年里，大量学者致力于研究博弈的结构，发展“纳什均衡点”理论，探讨其实际应用的可能性。与此同时，合作博弈理论在这个阶段也得到发展。由于二战硝烟散去不久，以及美苏的对立，博弈论的重要应用领域是军事问题及冷战策略。此后，经济学成为博弈论最重要的应用领域。

60 年代是博弈论的成熟期。不完全信息的扩充使博弈理论变得更具广泛应用性，基本概念也得到了系统阐述与澄清，博弈论成了完整而系统的体系，并在经济理论的“逻辑范畴”与相应的“博弈重要解”之间找到了对应关系。特别是博弈论与数理经济理论间建立了内在的牢固的关系。海萨尼与塞尔腾正是在这一时期开始他们的工作，海萨尼提出了不完全信息理论，开始均衡选择问题的研究。

70 年代至今是博弈论的进一步丰富和发展时期。博弈论本身在若干领域获得重大突破，博弈论开始对其他学科的研究产生强有力的影响。计算机技术的飞速发展使得研究复杂与涉及大规模计算的博弈模型发展起来。经济模型有了更深入的研究，特别是非合作博弈理论被应用到若干特殊的经济模型中，使一些复杂的经济问题得到博弈解。博弈论还应用到生物学、计算机科学、哲学等领域。博弈论逐渐成为人们分析、认识、解决许多领域的决策问题的工具。正是由于博弈论特有的思想方法、精确程度和诱人的应用前景，吸引了许多经济学家、数学家投身于这一研究领域。有人认为，如果说 20 世纪 50 年代是“一般均衡理论”的时

代，60 年代是“增长理论”的时代，70 年代是“信息经济学”的时代的话，那么 80 年代则是“博弈论”引起经济理论“革命的时代”，由此反映出人们对博弈论在现代经济学中的重要地位和作用的积极评价。

博弈论的分类

现实中各种博弈可以按照不同的办法进行分类。根据参与人的多少，可以将博弈分为两人博弈和多人博弈；根据参与人是否合作，可以将博弈分为合作博弈和非合作博弈；根据博弈结果的不同，又可以将博弈分为零和博弈、常和博弈和变和博弈。

合作方式：合作博弈非合作博弈

博弈结果：零和博弈常和博弈变和博弈

参与人：两人博弈多人博弈

在非合作博弈中，现在最流行也最有用的分类方法是从博弈参与人的行动次序和在博弈中所获信息的差异角度来分，具体为：

(1) 从行动的先后次序来分，博弈可以分为静态博弈和动态博弈。

(2) 从参与人和其他参与人的各种特征信息的获得差异来分，博弈可以分为完全信息博弈和不完全信息博弈。

非合作博弈的分类及其对应的均衡

（1）合作博弈和非合作博弈：它们的区别在于相互发生作用的当事人之间有没有一个约束力的协议，如果有，就是合作博弈，如果没有就是非合作博弈。

（2）静态博弈和动态博弈：从行为的时间序列性，博弈论可以分为静态博弈和动态博弈。静态博弈指的是在博弈中。参与人同时选择行动或非同时选择但是后者并不知道先行动

者采取了什么具体的行动；动态博弈是指在博弈中，参与人的行动有先后顺序，并且后行动者能够观察到先行动者所选择的行动。

（3）完全信息博弈和不完全信息博弈：按照参与人对其他参与人的了解程度可将博弈论分为完全信息博弈和不完全信息博弈。完全信息博弈是指在博弈的过程中，每一位参与人对其他参与人的特征、策略空间及收益函数有准确的信息。如果参与人对其他参与人的特征、策略空间及收益函数没有准确的信息，在这种情况下进行的就是不完全信息博弈。

利用博弈论分析认知无线电

前文中我们介绍了博弈论的理论基础，它是帮助分析决策选择问题的有效工具。认知无线电，作为能够检测可用频谱空间，改变自身通信参数以适应无线电环境进行通信的新一代无线电，在其很多关键技术当中都涉及到策略的选择问题。因此，利用博弈论对认知无线电进行分析必然是可行的有效方法。认知无线电中有关策略选择的关键问题，例如频谱分配问题、功率控制问题、呼叫允许问题等，研究的核心都是相关自适应算法的设计和分析。我们可以利用博弈论对这些自适应算法进行分析，在分析的过程中，主要需要确定四个方面的问题：

(1) 算法具有稳定状态吗？

(2) 这些稳定状态是什么？

(3) 这些稳定状态是我们所需要的吗？

(4) 算法收敛到稳定状态还需要什么约束条件？

由此，我们制定了认知无线电的博弈论分析方案，如图 3-1 所示，图中可以看出，对认知无线电中相关算法进行博弈论分析，主要按分析方案完成 4 个主要步骤即可。

认知无线电博弈论分析方案

绝大多数博弈论的应用研究都致力于前三个问题的解决，而对第四个问题关心较少。其实，在利用博弈论研究认知无线电中的自适应算法时，所有的四个问题都相当重要。下面我们将针对以上四个方面的问题，对如何利用博弈论分析认知无线电进行阐述。

论证一个算法具有稳定状态

在大多数博弈论模型里，分布式算法的稳定状态都是纳什均衡。一个行动向量a 被称为纳什均衡，则必须满足以下式子：

i i i i i i A b N i a b u a u ∈∈?≥-,),()(

也就是说，在参与者集合里，如果没有一个参与者能够靠自身行动的改变来提高自身收益时，整个参与者集合对应的行动向量就称为纳什均衡。在不使用较复杂的博弈论模型时，我们可以利用相关的不动点定理判断纳什均衡的存在，但是这样的不动点定理对经验较浅的

分析者而言也比较困难。最普通的能定性判断纳什均衡存在的办法是看博弈过程是否满足以下条件：

(1) 参与者集合是有限的。

(2) 行动集合是封闭的，有界的凸集。

(3) 效用函数是在行动空间上的连续的、拟凹函数。

所谓拟凹函数，就是相对坐标横轴，图像里没有下凸现象的曲线。亦即对任意两点x、y属于定义域， f(ax+(1-a )y)≥min[f(x),f( y)]。实际上，绝大多数的算法都满足这些条件，所以论证纳什均衡的存在并没有太多的实际意义，很多认知无线电中的算法都默认假设存在一个稳定状态，甚至有些单个的博弈过程中存在多个纳什均衡点。但是，也并不是所有的博弈过程和所有的算法都满足以上条件，所以证明一个算法稳定状态的存在还是具有一定价值的。如果无线电被允许混合他们的策略，也就是说允许无线电设备在行动a 和b中随机的改变，那么条件(3)就不需要了，并且条件(2)中行动集必须为凸集的要求也不存在，只需要满足有限的行动空间要求就可以，这就是所谓的纳什不动点定理。

判定这些稳定状态

不管从自身还是相关的角度来说，验证一个博弈过程具有稳定状态并没有太多的实际作用，因为它并没有对期望研究的算法的具体表现进行判定。这就是为什么我们需要对稳定状态进行判定。但是，在没有引用更高级的博弈模型例如潜在博弈模型的前提下，一般的博弈论模型没有办法提供相关的工具来定量的判定纳什均衡。实际上，要判别一个行为向量a 是一个纳什均衡，分析者不得不应用式(3-1)并检验所有可能的参与者单方面的策略更改都不能提高此参与者的收益。接下来就是判定出一个博弈过程中所有的稳定状态，这个过程要遍历一个博弈过程中所有可能的行动向量，反复不断的操作。

实际上要试图判定出一个博弈过程中所有的纳什均衡点，分析者不得不进行仿真实验。例如，要显示一个在通用分组无线业务(General Packet Radio Service,GPRS)网络中建模的联合比特－功率自适应算法拥有 4 个纳什均衡点，虽然建模系统只假设了 7 个参与者，但相关的具体仿真工作就要花掉很多天。

决定稳定状态是否是所需的

有很多种不同的方法可以判断一个行为向量是否是一个“好”的稳定状态，不过其中最典型的方法是证明一个行为向量是帕累托(Pareto)最优，正如中所做的。对于一个向量*a，

找不到其他行为向量a∈A,使得

N

i

a

u

a

u

i

i

∈

?

≥*)

(

)

(

成立，则称此向量a 为 Pareto 最优。

证明一个稳定状态是 Pareto 最优似乎是个好方法，实际上，Pareto 最优是个很弱的概念，只告诉了分析者一点点关于稳定状态是否所需的信息。这一点将通过两个简短的分析来说明，一个是有关最大化信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)分布式功率控制的例子，另一个是有关呼叫允许的问题。

最大化 SINR 功率控制

考虑一个具有中心接收机的单一簇 DS-SS 网络，除了中心接收机外，网络中的所有节点调整它们的发射功率，使得信号与加性干扰噪声比达到最大。这里我们的参与者集合是簇中除了中心接收机外的节点；行动集合是所有可能的功率等级(假设可选的功率等级有限)；而所有参与者的效用函数由式(3-2)给出，其中Pi 是节点i 的传输功率，K 是传播系数的统计估计，Hi 是从节点到接收机的增益(假设小于 1)，σ 是接收机处的噪声。]

)1)(∑∈+≥N k k k i i i p h k p h p u σ

我们直觉可以预见，这个博弈过程的唯一的纳什均衡就是所有节点都以最大功率传输时的功率向量。很显然，这并不是我们需要的。第一，由于远近问题，系统容量将会大大减少，除非所有的节点都在接收机的相同覆盖范围内；第二，这样将导致 SINR 不平等分布，最近的节点比最远的节点会有更大的 SINR ；第三，电池寿命会大大减少。然而，这样的输出结果却是 Pareto 最优，因为任何更公平的功率分配将会减少最近的节点效用，而任何更不公平的功率分配会减少弱势节点的效用。这个场景中，Pareto 最优实际上会误导分析者对输出的可用性的分析。

呼叫允许

现在假设一组节点正在从一个网络里申请数据带宽，而网络根据先申请先分配的原则分配带宽。这里我们的参与者集合是申请带宽的节点；行动集合是每个节点可申请的带宽数量；我们假设效用函数是关于接收到数据带宽的单调函数(带宽越大越好)。在这个博弈过程中，我们加入一点其它的假设，即不是所有的带宽请求都同时到达。在稳定状态里，每一个早来的节点会申请到它能处理的尽可能多的带宽，假设这些带宽被合理地覆盖利用，则网络中迟来的节点将被阻挡。一般来说，阻挡大量节点并不认为是好的结果。然而，这样的结果却是 Pareto 最优，因为任何其它的带宽分配方案都会减少早先到来的节点的效用。更进一步说，传统的为呼叫阻塞保留少量带宽的呼叫允许方案不是 Pareto 最优，因为效用函数由接收到的数据带宽为条件进行表示，所以把这些保留带宽直接分给用户会增加某些参与者的效用而不会减少其它任何参与者的效用。一个更好的论证一个稳定状态是否满足需要的方法是根据

某个网络目标函数来评估一个确定的稳定状态的表现， SINR 场景可以利用一个目标函数得到改善，该目标函数测量系统容量或者总的系统吞吐量，也可对电池寿命进行测量。呼叫允许场景如果不考虑 Pareto 最优，也可以以 Erlang B 或者 Erlang C 水平为条件对稳定状态进行更好的评估。Pareto 最优是个很弱的概念，因为它并没有太多涉及到一个稳定状态是否是所需的，而且也没有考虑网络设计者的目标是否被最大化。所以评估一个确定的稳定状态更好的方法是使用一个能反映算法设计者需求的网络目标函数。

确定收敛条件

有一件事情与判定稳定状态以及确定稳定状态是否满足需要一样重要，就是确定在何种条件下算法能够实际达到稳定状态。接下来我们研究一下如表 3-1 所示模拟了两个认知无线电的交互作用的博弈过程。

表3-1 具有弱 FIP 性质的博弈过程表

这个博弈表格模拟了由两个认知无线电用户组成的一个网络，其中一个用户有策略a,b,c 可选，而另一个可以选择策略 A,B,C。每个用户选择的组合构成了不同的外部实现，例如(a,C)或者(b,A)，每个用户可以对这种实现进行观察和评估。表格数据单元中前半部分表示第一个用户对这个输出的评价赋值，后半部分则是第二个用户的评价赋值。可以注意到这个博弈过程具有唯一一个纳什均衡点(c,C)，而且也是 Pareto 最优，并且若网络规划者按所有用户的效用和构建系统目标函数，这个纳什均衡点(c,C)也是最满足要求的。但是，如果认知无线电用户都分别以最小化步长的方式来改变策略以提高自身效用，这样整个过程就会进入一个循环，即(a,A), (a,B),(b,B) ,(b,A)。相反，在表中任何点上，如果允许认知无线电用户采用最大步长方式，这样就可以收敛到唯一的纳什均衡点。这种特殊的博弈过程具有弱有限改进路径(Finite Improvement Path，FIP)特性，是超模博弈模型的属性之一。认知无线电用户在某点上必须采取最大步长方式，如果这一必要条件不被执行，那么整个网络就不会收敛，而所了解的稳定状态信息也就没有意义了。不幸的是，通常形式的博弈模型并没有对收敛条件的规定，所以对收敛的研究不得不个别进行或者通过仿真实现。但幸运的是，为建立收敛特性而存

在着更多功能强大的博弈模型，下面的部分就对其中一些进行讨论。3.3 一些特殊的博弈模型这一部分将主要介绍重复博弈模型、超模博弈模型以及潜在博弈模型，并研究每一个模型如何解决.

重复博弈模型

重复博弈就是一系列的“阶段博弈”，每一阶段的博弈都是相同的一般形式博弈。参与者基于对博弈过程的认知，例如对过去行为的了解，对未来的预期和对当前情况的观察，在每一个阶段的博弈中选择自身的策略。这些策略可以是固定的，也可以随其它参与者行动的改变而变化，甚至可以是自适应的。再者，这些策略能够被设计成惩罚那些违反既定协议行为的参与者。当惩罚发生时，博弈者们选择各自的行为来使得违规者的收益最小化。纳什均衡的存在：一般来说，只有在阶段博弈中存在纳什均衡时，重复博弈才能保证存在纳什均衡。然而，如果参与者被允许相互惩罚，那么适当的设计惩罚规则就能够保证博弈收敛到任何实际的行动向量上。

纳什均衡的判定：如果博弈中不允许惩罚，那么纳什均衡就单独的根据阶段博弈的特点来判定。然而，假设博弈过程允许惩罚，那么博弈过程就可被设计得到我们所需的纳什均衡。 收敛性：假设惩罚策略设计地很合理，则收敛性可以得到充分保证。

潜在博弈模型

潜在博弈是一般形式博弈中的一种特殊类型，存在函数 V :A → ，当单方面的背离发生时，V 的变化 ΔV 将被反映到单方面背离博弈者的效用上。如果对于所有 单 方 背 离 ，i u V ?=?则 这 一 博 弈 称 为 确 定 潜 在 博 弈 ；

否 则 ， 如 果)sgn()sgn(i u V ?=?这一博弈则被称为顺序潜在博弈。

模型判定：如果行为空间是紧集合并且效用函数满足式(3-3)，则一个博弈过

程就能被视为确定潜在博弈

A a N j i a a a u a a a u i j j j i i ∈∈????=???,,)()(22

但是，除了应用定义，目前还没有明确条件来判断一个博弈过程是顺序潜在 博弈。

纳什均衡的存在：潜在博弈最少存在一个纳什均衡点

纳什均衡的判定：所有的V 最大值点都是纳什均衡点。

注意这并没有包括一个博弈过程中的所有纳什均衡点，而仅仅指在博弈过程中V 最大值的稳定的纳什均衡。

认知无线电中频谱感知技术研究+Matlab仿真

毕业设计（论文）题目：认知无线电中频谱感知技术研究专业： 学生姓名： 班级学号： 指导教师： 指导单位： 日期：年月日至年月日

摘要 无线业务的持续增长带来频谱需求的不断增加，无线通信的发展面临着前所未有的挑战。无线电频谱资源一般是由政府统一授权分配使用，这种固定分配频谱的管理方式常常会出现频谱资源分配不均，甚至浪费的情形，这与日益严重的频谱短缺问题相互矛盾。认知无线电技术作为一种智能频谱共享技术有效的缓解了这一矛盾。它通过感知时域、频域和空域等频谱环境，自动搜寻已授权频段的空闲频谱并合理利用，达到提高现有频谱利用率的目的。频谱感知技术是决定认知无线电能否实现的关键技术之一。 本文首先介绍了认知无线电的基本概念，对认知无线电在 WRAN 系统、UWB 系统及 WLAN 系统等领域的应用分别进行了讨论。在此基础上，针对实现认知无线电的关键技术从理论上进行了探索，分析了影响认知网络正常工作的相关因素及认知网络对授权用户正常工作所形成的干扰。从理论上推导了在实现认知无线电系统所必须面对的弱信号低噪声比恶劣环境下，信号检测的相关方法和技术，并进行了数字滤波器的算法分析，指出了窗函数的选择原则。接着详细讨论了频谱检测技术中基于发射机检测的三种方法：匹配滤波器检测法、能量检测法和循环平稳特性检测法。为了检验其正确性，借助 Matlab 工具，在Matlab 平台下对能量检测和循环特性检测法进行了建模仿真，比较分析了这两种方法的检测性能。研究结果表明：在低信噪比的情况下，能量检测法检测正确率较低，检测性能远不如循环特征检测。 其次还详细的分析认知无线电的国内外研究现状及关键技术。详细阐述了频谱感知技术的研究现状和概念，并指出了目前频谱感知研究工作中受到关注的一些主要问题，围绕这些问题进行了深入研究。 关键词：感知无线电；频谱感知；匹配滤波器感知；能量感知；合作式感知；

无线电通信波段划分

精心整理波段划分 最早用于搜索雷达的电磁波波长为23cm，这一波段被定义为L波段（英语Long的字头），后来这一波段的中心波长变为22cm。当波长为10cm的电磁波被使用后，其波段被定义为S波段（英语Short的字头，意为比原有波长短的电磁波）。 在主要使用3cm电磁波的火控雷达出现后，3cm波长的电磁波被称为X波段，因为X代表座标上的某点。 为了结合X波段和S波段的优点，逐渐出现了使用中心波长为5cm的雷达，该波段被称为C波段（C 即Compromise，英语“结合”一词的字头）。 “ （Ka K “以往”

我国的频率划分方法

ExtremelyLowFrequency(ELF) 0KHz to 3KHz VeryLowFrequency(VLF) 3KHz to 30KHz RadioNavigation&Maritime/AeronauticalMobile 9KHz to 540KHz LowFrequency(LF) 30KHz to 300KHz MediumFrequency(MF) 300KHz to 3MHz AMRadioBroadcast 540KHz to 1630KHz HighFrequency(HF) 3MHz to 30MHz ShortwaveBroadcastRadio 5.95MHz to 26.1MHz VeryHighFrequency(VHF) 30MHz to 300MHz LowBand:TVBand1-Channels2-6 54MHz to 88MHz L-band C-band X-band Ku-band Ka-band X-Rays

认知无线电学习笔记二-频谱感知方法总结

研究初期。大量文献。判断有无信号传输。识别信号类型。 1)匹配滤波器 主用户信号已知时最佳。感知速度快。但对信号已知信息的要求高，感知单元的实现复杂度极高（需要对大量类型信号的匹配滤波）。 2)基于波形的感知 已知主用户信号的patterns（用于同步等的前导序列等等），对观测数据做相关。在稳定性和收敛速度上比基于能量检测的感知要好。 判决门限的选取。信号功率因信道传输特性和收、发信机之间的距离的不确定性而难以估计。实际中，可由特定的虚警概率给出门限，此时只需知道噪声方差。 3)基于循环平稳性的感知 信号的平稳特征由信号或信号统计量（期望、自相关等）周期性引起。利用循环相关函数（而非功率谱密度）检测信号，可将噪声与信号分离。因为噪声广义平稳无相关量，而调制信号由于循环平稳而存在谱相关。循环谱密度（CSD）函数的计算是对循环自相关函数做傅里叶变换。循环频率与信号的基本频率一致时，CSD函数输出峰值。 4)基于能量检测的感知 低运算复杂度和低实现复杂度。缺点在于：判决门限的选择困难；无法区分能量来源是信号还是噪声； 低SNR条件下性能差。噪声水平的动态估计，降秩特征值分解法。GSM时隙能量检测，需与GSM系统同步，检测时间限制在时隙间隔内。FFT之后频域能量检测。检测概率在各种信道条件下的闭式解。 5)无线电识别 识别主用户采用的传输技术。获得更多的信息，更高的精度。比如蓝牙信号的主用户位置局限在10m 之内。特征提取和归类技术。各种盲无线电识别技术。 6)其它感知方法 多窗口谱估计。最大似然PSD估计的近似，对宽带信号接近最优。计算量大。 Hough变换。 基于小波变换的估计。检测宽带信道PSD的边界。 协同感知—— 协同（合作、协作）用来应对频谱感知中噪声不确定性、衰落和阴影等问题。解决隐终端问题，降低感知时间。提出有效的信息共享算法和处理增加的复杂度是协同感知要解决的难题。控制信道可利用：1）指配频带；2）非授权频带；3）衬于底层的UWB。 共享信息可以是软判决或硬判决结果。（基于能量检测的）感知合并方式：等增益合并、选择式合并、Switch & Stay（扫描式）合并。协同算法应：协议开支小；鲁棒性强；引入延迟小。 非协同感知，优点为计算和实现简单，缺点为存在隐终端问题、多径和阴影的影响。 协同感知，优点为更高的精度（接近最优）、可解决阴影效应和隐终端问题；缺点为复杂度高、额外通信流量开支和需要控制信道。 协同感知的两种实现形式： 1)中心式感知。中心单元广播可用频谱信息或直接控制CR通信。AP。硬信息合并、软信息合并。 2)分布式感知。彼此共享信息，自己对频谱做出判决。不需要配置基础结构网络。 外部感知—— 外部感知网络将频谱感知结果广播给CR。优点：可解决隐终端问题和衰落及阴影引起的不确定性；CR无需为感知分配时间，提高频谱效率；感知网络可以是固定的（避免电池供电）。外部感知可以是连续的或周期性的。感知数据传递给中心节点进一步处理，并将频谱占用信息共享。

无线电频率划分与使用

1.频段划分及主要用途 名称甚低频低频中频高频甚高频超高频特高频 极高 频 符号VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF 频率3-30KH z 30-30 0KHz 0.3-3 MHz 3-30M Hz 30-300MHz 0.3-3GHz 3-30GHz 30-30 0GHz 波段超长波长波中波短波米波分米波厘米波 毫米 波 波长1KKm-1 00Km 10Km- 1Km 1Km-1 00m 100m- 10m 10m-1m 1m-0.1m 10cm-1cm 10mm- 1mm 传 播特性空间波 为主 地波 为主 地波 与天 波 天波 与地 波 空间波空间波空间波 空间 波 主要用途海岸潜 艇通 信；远 距离通 信；超 远距离 导航 越洋 通信； 中距 离通 信；地 下岩 层通 信；远 距离 导航 船用 通信； 业余 无线 电通 信；移 动通 信；中 距离 导航 远距 离短 波通 信；国 际定 点通 信 电离层散 射 （30-60MH z）；流星 余迹通信； 人造电离 层通信 （30-144M Hz）；对空 间飞行体 通信；移动 通信 小容量微波 中继通信； （352-420MH z）；对流层 散射通信 （700-10000 MHz）；中容 量微波通信 （1700-2400 MHz） 大容量微波 中继通信 （3600-4200 MHz）；大容 量微波中继 通信 （5850-8500 MHz）；数字 通信；卫星通 信；国际海事 卫星通信 （1500-1600 MHz） 再入 大气 层时 的通 信；波 导通 信 2.我国陆地移动无线电业务频率划分 29.7-48.5MHz 156.8375-167MHz 566-606MHz 64.5-72.5MHz（广播为主， 与广播业务公用）167-223MHz（以广播业务为 主，固定、移动业务为次） 798-960MHz（与广播公用） 72.5-74.6MHz 223-235MHz 1427-1535MHz 75.4-76MHz 335.4-399.9MHz 1668.4-2690MHz 137-144MHz 406.1-420MHz 4400-5000MHz

无线电波段划分及传播方式

无线电波段划分及传播方式 频率从几十Hz(甚至更低)到3000GHz左右(波长从几十Mm 到0.1mm左右)频谱范围内的电磁波，称为无线电波。电波旅行不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。发信天线或自然辐射源所辐射的无线电波，通过自然条件下的媒质到达收信天线的过程，就称为无线电波的传播。 无线电波的频谱，根据它们的特点可以划分为表所示钓几个波段。根据频谱和需要，可以进行通信、广播、电视、导航和探测等，但不同波段电波的传播特性有很大差别。 光速÷频率=波长 无线电波波段划分波段名称波长范围(m)频段名称频率范围超长波长波中波 短波 1,000,000~10,000 10,000~1,000 1,000~100 100~~10 10~1

0.1~0.01 0.01~0.001 甚低频 低频 中频 高频 甚高频 特高频 超高频 极高频 3~30KHz 30~300KHz 300~3,000KHz 3~30MHz 30~300MHz 300~3,000MHz 3~30GHz 30~300GHz 超短波米波 分米波 厘米波

电波主要传播方式 电波传输不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。 任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等，这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播方式分成下列几种： 地表传播 对有些电波来说，地球本身就是一个障碍物。当接收天线距离发射天线较远时，地面就象拱形大桥将两者隔开。那些走直线的电波就过不去了。只有某些电波能够沿着地球拱起的部分传播出去，这种沿着地球表面传播的电波就叫地波，也叫表面波。地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式，称为地面波传播。其特点是信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。因此，这种传播方式主要适用于长波和中波波段。天波传播声音碰到墙壁或高山就会反射回来形成回声，光线射到镜面上也会反射。无线电波也能够反射。在大气层中，从几十公里至几百公里的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体，就象一只悬空的金属盖，电波射到“电离层’

认知无线电频谱检测

Xilinx大学生竞赛项目申请报告提纲及说明 1． 项目背景 （1）项目名称：认知无线电的频谱检测 （2） 项目背景：随着无线通信需求的不断增长，可用的频谱资源越来越少，呈现日趋紧张的状况；另一方面，人们发现 全球授权频段尤其是信号传播特性较好的低频段的频谱利 用率极低。认知无线电技术为解决频谱利用率低的问题提 供了行之有效的方法。由于认知无线电在使用空闲频段进 行通信的同时不断地检测授权用户的出现，一旦检测到授 权用户要使用该频段，认知无线电用户便自动退出并转移 到其他空闲频段继续通信，确保在不干扰授权用户的情况 下，与他们进行频谱共享。这样一来，在没有增加新频段 的情况下提升了用户量，且保证授权用户和认知用户通信 的可靠性，大大提高了频谱的使用效率。 （3）项目内容：本次课题主要研究认知无线电频谱检测的FPGA 实现。目前最为常用的认知无线电频谱检测方法是能量检 测。我们将一路电视信号下变频至基带信号再进入电路调 理模块对信号进行50欧匹配，并对信号进行放大，然后用 宽带A/D对信号进行采样，将采样后的数字信号做8点FFT 运算，再通入能量和累加电路，最后通过能量阈值判决电 路，判断频带的利用情况，从而找到频谱空穴，为认知无 线电的功能实现打下基础。 （4）项目难点：（1）高效低成本的FFT模块的设计与实现。 （2）累加器和阈值判决电路模块的设计与实现。 （5）项目的开发意义：认知无线电的显著特征是具有认知能 力，认知功能包括频谱感知，频谱分析和频谱判决。频谱 感知用于频谱空穴检测，是认知无线电系统实现的前提之 一。 （6） 硬件开发平台：Spartan 3E Board 2． 频谱感知的背景知识 本次设计以四通道的电视信号为例进行实现，在我国一路电视信号的传输需要8M的带宽，那么传输四路电视信号需要32M的带宽才 能实现。 我们将该四路电视信号进行复信号处理和频谱搬移，使其生成I,Q 两路正交信号，其AD频率采样为32MHZ，为了检测各个通道的频谱

无线电环境中的动态频谱分配

无线电环境中的动态频谱分配 林晶 北京邮电大学电信工程学院，北京(100876) E-mail：linjing0597@https://www.wendangku.net/doc/e312452829.html, 摘要：本文简要介绍了为了解决无线通信频谱紧张的现状提出的动态频谱分配的方法。首先介绍了频谱分配的3种基本方法，并将他们进行比较，引出contiguous动态频谱分配。重点介绍了全局，时域和空域方面动态频谱分配的经典算法结构。 关键词：固定频谱分配，动态频谱分配，contiguous动态频谱分配 1.引言 目前的无线电频谱被划分为不重叠的区域，并把他们分配给不同的无线电标准。频谱的独有使用解决了标准之间冲突的问题，但是这种频谱固定分配（FSA）仍然存在着许多缺点。首先，先前被分离的不同无线行业现在正在有合并的趋向，由不同系统支持的服务的界限也变得模糊不清。随着核心网连接不同系统形成了一个复杂的无线网络，在将来也会有更大的兼并。它影响了过去这种对于不同服务的调整机制，使得它变得不不合时宜。其次，大部分的通信网络受限于时间和地点的变化，所以在某时某地某些用户的无线频谱处于不充分利用时，其他某个用户正处于频谱短缺的时候。基于无线频谱的商用价值和频谱利用率的重要性，诸如此类的浪费必须避免。所以，动态频谱分配（DSA）应运而生。 2.动态频谱分配的方法 对于DSA的方法，比较被给予肯定的DSA方法有两种[1]：contiguous DSA 和 fragmented DSA。如图2-1，表示了固定频谱分配（FSA），contiguous DSA 和 fragmented DSA这三种频谱分配方法的示意图。 图2-1 固定频谱分配，contiguous DSA 和 fragmented DSA的频谱分配示意图[1] 固定频谱分配将临近的频谱分配给临近的RAN，频谱之间有适当的保护频带。但顾名思义，无论业务量大小，分配给各RAN的频谱量是固定不变的。contiguous DSA可以被看成是FSA到DSA的演变阶段，它仍然使用邻近的频谱分配给不同RANs，在频谱之间也有适当的保护频带将他们分开，但是，分配给不同系统的频谱宽度可以根据业务量变化。只有

认知无线电频谱分配的博弈论方法

《认知无线电频谱分配的博弈论方法》总结 张烨，龚晓峰 2009 摘要：问题：认知无线电中频谱分配问题备受关注，分配给用户的频谱资源却在时间或空间上存在不同程度的闲置。分析：为了提高频谱分配，需要涉及大量策略选择问题，可以利用博弈论的相关原理进行分析研究。解决问题方法：建立合适的认知无线电频谱分配问题的博弈论框架，从而促进无线通信的发展。 1、提出问题：无线通信技术不断发展，人们对无线通信需求不断增长，适用于无线通信的 频谱资源变得日益紧张，提高频谱利用率是当前亟待解决的问题。 2、分析问题： 2.1认知无线电技术：通过对周围环境的感知，动态改变传输功率、载频、调制方式等传输参数以适应运行环境的变化，从而提高频谱利用率[。 2.2认知无线电的频谱分配技术 2.2.1问题:在认知无线电中，频谱分配是根据需要接入系统的节点数目及其 QoS 要求将频谱分配给一个或多个指定节点。 2.2.2分析：（1）因此需要一种更为有效的频谱分配方法从而在各地区和各时间段里有效地利用空闲频谱，提高频谱利用率。频谱分配策略的选择直接决定系统容量、频谱利用率以及能否满足用户因不同业务而不断变化的需求。 （2）认知无线电的频谱分配原则:1)保证灵活性。2）应能提高系统性能。3）应尽量减小信令开销和计算量。

2.3.1问题：图论模型和定价拍卖模型都有很大的局限性，无法更好推动认知无线电频谱分配问题。 2.3.2分析：在频谱分配算法设计过程中，设计了大量的策略选择问题，因此需要提出新的频谱分配模型。 2.3.3解决方法：对于涉及策略选择的频谱分配问题，可以利用博弈论对相关的自适应算法进行分析。在分析过程中，主要需要确定以下四个方面的问题：(1) 算法是否具有稳 定状态；(2) 这些稳定状态是什么；(3) 这些稳定状态是否满足需要；(4) 算法收敛到稳定状态所需要的约束条件 图（1）认知无线电博弈论分析流程 1）论证算法具有稳定状态。在多数博弈论模型里，分布式算法的稳定状态为纳什均衡。 一般情况下，判断一个博弈过程中存在纳什均衡的充分条件：a、参与者集合是有限的；b、行动集合是封闭的，有界的凸集；c、效用函数是在行动空间上的连续的、拟凹函数。 补充1、纳什均衡：若一个行动向量满足：ui(a)≥uibi,a-i)?i∈N,bi∈Ai，则向量 a 被称为纳什均衡。也就是说，在参与者集合里，如果没有一个参与者能够靠自身行动的改变来提高自身收益时，整个参与者集合对应的行动向量就称为纳什均衡。 补充2、实际应用中，绝大多数算法都满足这些条件，即多数认知无线电的算法都有一个默认的稳定状态。 2）判定稳定状态。通过遍历一个博弈过程中所有可能的行动向量来判定一个博弈过程中 所有的稳定状态。 3）确定稳定状态是否满足需求。在找到纳什均衡点后，还应该确定此纳什均衡点是否为 我们所需要的。 3）.1举例模型:一个具有中心接收机的单一簇 DS-SS 网络，除了中心接收机外，网络中的所有节点调整它们的发射功率，使得信号与加性干扰噪声比达到最大。所有者参与者的效用函数方程： ( ui(p)=hipi/??(1/k) k∈N\i∑hpkk+σ] （1） 其中，参与者集合是簇中除了中心接收机外的节点；行动集合是所有可能的功率等级(假设可选的功率等级有限)；所有参与者的效用函数由式（1）给出；pi 是节

无线电频率管理及划分

无线电频率管理及划分 无线电移动业务大致分为陆地移动、水上移动、航空移动三类。其中，陆地移动业务应用最广泛。 我国根据国际无线电规则频率划分，将陆地移动业务频率分别分配用于专用无线电通信系统（网络）或公众无线电通信系统（网络）。 专用无线电移动通信系统大量应用于军队、公安、急救等部门，也广泛应用于生产调度、内部通信等。如150MHz、350MHz、450MHz对讲机和800MHz集群通信系统等。 目前，我国公众移动通信系统由中国移动、中国联通两大基础电信运营商建设运营，其中中国移动拥有全球网络规模和用户规模最大的GSM网，中国联通拥有一个GSM和一个CDMA网。目前为公众移动通信系统划分的频率有： CDMA：825MHz～835MHz或者870MHz～880MHz； GSM：885MHz～915MHz或者930MHz～960MHz，1710MHz～1755MHz/1805MHz～1850MHz； 上述频率共计2×89MHz。 中国移动GSM网拥有2×54MHz频率，中国联通GSM网拥有2×15MHz频率、CDMA网拥有2×4MHz 频率。 到目前为止，上述3个公众移动通信网共使用频率2×68MHz，拥有用户5亿，仍然具有持续发展能力。 在宽带无线接入系统频率规划和管理方面，目前为宽带无线接入应用划分了4个频段，即2.4GHz、3.5GHz、5.8GHz、26GHz。 其中： 2.4GHz频段使用范围是2400MHz~248 3.5MHz，TDD时分双工；最大辐射功率100mW；鼓励无线电局域网WiFi(802.11b)应用；在工业、科学、医疗设备使用频段，多种无线电业务可共用，免无线电台发射执照。 5.8GHz频段使用范围是5725MHz~5850MHz，TDD时分双工；最大辐射功率500mW；基站需领取无线电发射执照；鼓励带宽更高的无线局域网如802.11a应用；主要由基础电信业务运营商使用。 3.5GHz频段使用范围是3400MHz~3430MHz/3500MHz~3530MHz，FDD频分双工；已通过招标评选方式将频率分配给基础电信运营商，用于建立宽带无线接入系统。

认知无线电研究背景意义与现状

认知无线电研究背景意义与现状 1 认知无线电的产生背景 2 认知无线电的产生 3 认知无线电技术的国内外研究现状 4 认知无线电频谱感知技术的研究意义 5 认知无线电技术研究的主要任务 1 认知无线电的产生背景 随着无线通信技术的飞速发展，无线用户的数量急剧增加，可用频谱资源变得越来越稀缺。当今绝大多数频谱资源都是采用固定的分配模式，由专门的频率管理部门分配给特定的授权用户使用。而对于另外一些非授权用户的通信需求，如无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)、无线个域网(Wireless Personal Area Network，WPAN)等，由于其近几年发展迅速，导致这些网络所工作的非授权频段逐渐趋向饱和。据美国研究结果指出，现有的频谱管理与分配策略是造成频谱资源紧缺的重要原因之一，导致某些网络频谱资源相对较少但其承载的业务量很大，而相当多的已授权的频谱并没得到充分的使用。美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission, FCC)在2002年出版的报告中指出，已分配的频谱利用率为15,,85,，已经分配的3GHz以下的频谱资源中多达70,未被充分利用。一项中国移动的研究表明，大多数频段利用率不到5%，密集城区一周频段占用度的测试结果显示，占用度较高的频率主要集中410-954MHz频段，GSM下行频段占用度最高，广播频段、集群系统下行和ISM频段次之，其他频段的占用度则极低。其中GSM频段资源块的占用度明显高于广播频段。GSM频段占用度大于0.1的资源块约占总数的62%，广播频段占用度大于0.1的约8%。

数据通信认知无线电系统的频谱分配方法

《数据通信原理》课程设计设计题目：一种认知无线电系统的频谱分配方法 姓名 学号 学院 专业班级

目录 绪论 (3) 1.认知无线电网络的简介 (4) 1.1认知无线电 (4) 1.1.1. 认知无线电的概述 (4) 1.1.2. 认知无线电的特性 (5) 1.2.频谱决策 (6) 1.2.1. 频谱决策的概述 (6) 1.2.2. 频谱分配的概述 (6) 1.3. 二分图最佳匹配（Kuhn-Munkras）算法 (7) 2.系统模型和问题描述 (7) 2.1. 系统模型 (7) 2.2. 问题描述 (7) 3. 基于Kuhn-Munkras算法的频谱分配方法 (9) 3.1.Kuhn-Munkras 算法的描述 (9) 3.2.频谱分配方法的流程 (9) 4. 仿真和性能分析 (10) 4.1. 仿真环境设置 (10) 4.2.仿真结果 (10) 4.3. Kuhn-Munkras算法与多小区动态频谱分配方法比较 (12) 4.3.1.多小区动态频谱分配方法 (12) 4.3.2.频谱分配方法比较 (12) 5.总结 (13) 参考文献 (14)

一种认知无线电系统的频谱分配方法 摘要：认知无线电网络为移动用户重构无线架构和动态频谱接入技术提供高带宽。对于无线频谱资源的相对的稀缺，频谱分配成为认知无线电频谱资源的关键，为适应认知无线电网络的时变特性，频谱分配算法必须有较快的收敛速度。该文提出了一种基于二分图最佳匹配（Kuhn-Munkra）算法的认知无线电频谱分配方法。该方法利用二分图最佳匹配（Kuhn-Munkras）算法可以实现最佳匹配并且收敛速度快的特性。根据不同的用户在不同信道上所产生的效益的差异性，利用认知无线电有效地提升频谱资源的利用率，实现认知用户和信道的最佳匹配，频谱的灵活分配。 关键词：认知无线电，频谱资源，频谱分配，最佳匹配 Abstract Cognitive radio networks will provide high bandwidth to mobile users via heterogeneous wireless architectures and dynamic spectrum access techniques. Radio spectrum resources for the relative scarcity of spectrum allocation as the key cognitive radio spectrum, cognitive radio network to meet the time-varying characteristics of the spectrum allocation algorithm must have fast convergence speed. The paper proposes a bipartite graph based on the best match (Kuhn-Munkra) algorithm cognitive radio spectrum allocation.Bipartite graph of the decision to use the best match (Kuhn-Munkras) algorithm can achieve the best match and the fast convergence characteristics.According to the

认知无线电

随着无线通信技术的飞速发展，无线业务日趋多样化，移动用户对各类数据服务的传输速率要求越来越高，从而导致无线频谱资源的使用愈发紧张，因此频谱资源的有效利用正越来越受到人们的广泛关注。而在现实中，一方面是可分配的频谱资源越来越少，另一方面是大部分已授权的频谱使用率极低，2002年底FCC频谱政策特别工作组递交的报告显示，现存的频谱授权机制存在大量授权频谱闲置，频谱利用率仅在15% ～85%之间。而认知无线电(Cognitive Radio, CR)可以通过感知周围的频谱环境，及时的调整其系统操作参数(如传输功率，载波频率，调制技术等)，合理的接入已授权频段，在不影响授权用户正常使用频谱的情况下有效的保障通信，被认为是解决上述无线资源日益紧缺矛盾的有效方案之一。 在早期的认知无线电系统中，认知用户只能在检测到的“频谱空洞”上传输数据，也即当某一频段没有被任何主用户占用时才允许认知用户使用，文献[][]研究了认知用户和主用户占用相邻频段时的干扰问题以及资源分配。而最近有研究表明，只要满足一定的条件，认知用户也可以与主用户在相同的频段上同时进行数据通信，如文献[]首先研究了一对主用户和一对认知用户的模型下，认知用户的可达容量域；文献[]提出了认知用户与主用户同时在同频段内通信时需满足的两个道德规范，并给出了认知用户在可以获得主用户编码信息的情况能够达到的最大传输速率，而文献[]基于802.22WRAN环境，在不影响主用户中断概率的情况下，通过机会功率控制来最大化认知用户速率，上述研究都是基于窄带系统的平坦衰落信道，而OFDM作为IMT-Advanced的重要侯选技术之一，与认知无线电的结合可望实现更灵活的频谱接入和更高的频谱利用效率。目前国内外关于多用户OFDM认知系统的资源分配的研究仍不多见，其中文献[]提出了针对多用户OFDM认知系统下行链路的资源分配算法，但是模型基于早先的“频谱空洞”原理，不支持主用户与认知用户的同时传输，并假设主从用户之间没有干扰。文献[]研究了多用户认知系统的MAC信道功率分配问题，但是其假设认知用户与主用户共用一个基站，并且仍是基于窄带系统。本文针对多用户OFDM认知系统上行链路，在保证不超过主用户传输干扰门限的前提下，提出了基于认知用户传输速率最大化准则的子载波与功率比特分配算法。 摘要：认知无线电是指具有自主寻找和使用空闲频谱资源能力的智能无线电技术。认知无线电技术的提出，为解决不断增长的无线通信应用需求与日益紧张的无线频谱资源之间的矛盾提供了一

物信部公示5G频段,无线频谱那些事(附无线通信频率表)

物信部公示5G频段,无线频谱那些事（附无线通信频率表） 频谱资源是移动通信的命脉，是血液，所有的移动应用和服务都得靠它。 近日，工信部发布了《公开征求对第五代国际移动通信系统（IMT-2020）使用3300-3600MHz 和4800-5000MHz频段的意见》。拟在3300-3600MHz和4800-5000MHz两个频段上部署5G。以下是《征求意见稿》的相关内容： 1、中国5G测试进程 2012年底我国和国际同步启动5G研发，2015年9月我国完成了5G第一阶段试验，也就是一些技术概念的验证和测试。2016年底进入到第二阶段试验，更加注重技术方案的集成度和可实现性，也就是把这些技术集成在一起，对5G性能、指标进行试验。 5G频率方面，2016年4月26日工信部推动批复了在3.4-3.6GHz频段开展5G系统技术研发试验，同时工信部开展了其他有关频段的研究协调工作。工信部信息通信发展司司长闻库表示，我国5G的第二阶段技术研发试验，重点开展面向移动互联网、低时延高可靠和低功耗

大连接这三大5G典型场景的无线空口和网络技术方案的研发与试验，并将引入国内外芯片和仪表厂商，共同推动5G产业链成熟，二阶段试验预计到2017年底完成。二是进一步加大技术研发、开放合作、融合创新的力度，在ITU和3GPP的框架下，积极推动形成全球统一的5G标准，与国内外产业界共同推动移动通信产业的发展。 2、世界5G频谱重要进程 （1）、GSMA发表通用5G频谱声明 2016年11月，在筹备2019年世界无线电通信大会过程中，全球移动通信协会(GSMA)认为各政府必须商定足够的协调频谱，以实现最快的5G速度、价格适宜的设备和国际漫游，而不受跨境干扰。 GSMA概述了以下内容： ●Sub-1GHz将支持城市、郊区和农村地区的广泛覆盖，并支持物联网(IoT)服务。 ●1-6GHz范围提供了覆盖和容量优势的良好组合，包括3.3-3.8GHz范围内的频谱，预计将成为许多初始5G服务的基础。 ●满足5G超高宽带速度则需要6GHz以上的频谱;重点将是在24GHz以上的频段。 ●除了同意频率范围之外，政府还需要承诺对5G网络(包括小型基站和未来使用网络)进行投资，以进一步改进，确保行业不再遇到同样的难题。 （2）、欧盟发布5G频谱战略涉及多个频段规划 欧盟委员会无线频谱政策组(RSPG)于20年11月10日发布了欧洲5G频谱战略，确定5G初期部署频谱。 主要包括： ●3400-3800MHz频段是2020年前欧洲5G部署的主要频段，连续400MHz的带宽有利于欧盟在全球5G部署中占得先机。 ●1GHz以下频段，特别是700MHz将用于5G广覆盖。 ●24GHz以上频段是欧洲5G潜在频段，RSPG将根据各频段上现有业务和清频难度为24GHz以上频段制定时间表。 ●建议将24.25-27.5GHz频段作为欧洲5G先行频段，建议欧盟在2020年前确定此频段的使用条件，建议欧盟各成员国保证24.25-27.5GHz频段的一部分在2020年前可用于满足5G市场需求。 ●RSPG将研究对24.25-27.5GHz频段上现有的卫星地球探测业务、卫星固定业务、卫星星间链路、及无源业务的保护。 ●31.8-33.4GHz也是适用于欧洲的潜在5G频段，RSPG将继续研究此频段的适用性，建议现阶段避免其它业务往此频段迁移，保证此频段在未来便于规划用于5G。 ●40.5-43.5GHz从长期来看可用于5G系统，建议现阶段避免其它业务往此频段迁移，保证此频段在未来便于规划用于5G。 ●RSPG将制定相关技术和规则措施，保证5G系统的使用。RSPG还将研究物联网和智能交通的频谱规划。

无线电通信波段划分

波段划分 最早用于搜索雷达的电磁波波长为23cm，这一波段被定义为L波段（英语Long的字头），后来这一波段的中心波长变为22cm。当波长为10cm的电磁波被使用后，其波段被定义为S波段（英语Short的字头，意为比原有波长短的电磁波）。 在主要使用3cm电磁波的火控雷达出现后，3cm波长的电磁波被称为X波段，因为X代表座标上的某点。 为了结合X波段和S波段的优点，逐渐出现了使用中心波长为5cm的雷达，该波段被称为C 波段（C即Compromise，英语“结合”一词的字头）。 在英国人之后，德国人也开始独立开发自己的雷达，他们选择作为自己雷达的中心波长。这一波长的电磁波就被称为K波段（K = Kurtz，德语中“短”的字头）。 “不幸”的是，德国人以其日尔曼民族特有的“精确性”选择的波长可以被水蒸气强烈吸收。结果这一波段的雷达不能在雨中和有雾的天气使用。战后设计的雷达为了避免这一吸收峰，通常使用比K波段波长略长（Ka，即英语K－above的缩写，意为在K波段之上）和略短（Ku，即英语K－under的缩写，意为在K波段之下）的波段。 最后，由于最早的雷达使用的是米波，这一波段被称为P波段（P为Previous的缩写，即英语“以往”的字头）。 该系统十分繁琐、而且使用不便。终于被一个以实际波长划分的波分波段系统取代，这两个系统的换算如下。 原 P波段 = 现 A/B 波段 原 L波段 = 现 C/D 波段 原 S波段 = 现 E/F 波段 原 C波段 = 现 G/H 波段 原 X波段 = 现 I/J 波段 原 K波段 = 现 K 波段 我国现用微波分波段代号

我国的频率划分方法

无线频谱规划及相关政策

我国无线频谱规划及相关政策 我国的频谱规划和管理由信息产业部无线电管理局统一负责，采取的是以行政手段为主的频谱指配方式，同时也在探索新的市场化的频谱分配模式。我国对无线新技术采取了积极支持发展的策略，包括对移动通信网络乃至未来3G网络频率的规划保证、对各种新兴宽带接入技术的鼓励政策。 我国频率规划基本情况 按照ITU国际无线电规则频率划分，目前各种无线业务可以使用的频率范围为9kHz至275GHz。由于技术水平的限制，绝大多数无线电设备工作在50GHz频率之下，国内主要在6GHz以下。 我国的无线电应用可划分为42种业务，其中包括固定业务、移动业务、广播业务、无线电导航业务等。由于业务繁多，所以在9kHz～50GHz的多数频段，要安排多种业务共用一个频段。 其中的无线电移动业务可分为陆地移动、水上移动以及航空移动三类。陆地移动应用最广，我国将陆地移动业务频率分别分配用于专用无线电通信网络和公众无线通信网络。专用无线电移动通信系统大量应用于军队、公安、急救等，如150MHz、350MHz、450MHz对讲机、800MHz集群通信等。公众无线电移动通信网络目前由中国移动

和中国联通运营。 公众移动通信频率的使用管理 目前我国为公众移动网划分的频率有：CDMA825MHz～835MHz/870MHz～880MHz；GSM885MHz～915MHz/930MHz～960MHz；GSM1710MHz～1755MHz/1805MHz～1850MHz，共计2×89MHz的频率。其中中国移动GSM网络拥有2×49MHz，中国联通GSM网有2×15MHz以及CDMA网的2×4MHz。其中，CDMA网络的频谱利用率要远远高于GSM网络。截至今年第一季度，上述三个网络共使用频率为2×68MHz，拥有用户数为4.1亿，还有频段没有使用，因此仍然有持续发展的能力。 同时，我国也为移动网络的未来演进做了准备，为3G网络划分了大量的频率资源。包括FDD模式的2×30MH+2×60MHz(cdma2000系统和WCDMA系统)以及为我国TD-SCDMA预留的155MHz（1880～1920(第二阶段40MHz)，2010～2025(第一阶段15MHz)，2300～2400(第三阶段100MHz)）频段，还包括2×20M的3G卫星接入频段。 宽带无线接入频率规划管理 我国目前为宽带无线接入应用划分了4个频段，分别是 2.4GHz、

无线电波段划分

无线电波段划分1.基本波段划分 无线电波段一般分为： 名称简写简称频率波长 长波LW 低频30-300KHz 10-1 Km 中波MW 中频300-3000KHz 1000-100M 短波SW 高频3-30MHz 100-10M 超短波VHF 甚高频30-300MHz 10-1M 微波I UHF 特高频300-3000MHz 1-0.1M 微波II SHF 超高频3-30GHz 0.1-0.01M 2.无线电广播波段划分 名称简称频率 长波Sw 150-200 KHz 中波Mw 535-1605 KHZ 短波 120m SW 120m 2300-2490 KHz 短波 90m SW 90m 3200-3400 KHz 短波 75m SW 75m 3900-4000 KHz 短波 60m Sw 60m 4750-5060 KHz 短波 49m Sw 49m 5950-6200 KHz 短波 41m Sw 41m 7100-7300 KHz 短波 31m Sw 31m 9500-9775 KHz

短波 25m Sw 25m 11700-11975 KHz 短波 19m Sw 19m 15100-15450 KHz 短波 16m Sw 16m 17700-17900 KHz 短波 13m Sw 13m 21450-21750 KHz 短波 11m Sw 11m 25600-26100 KHz 调频广播Fm 87-108 MHz 3.电视广播波段划分 广播电视频段分为无线电视广播和有线电视广播，其有线频段具有增补频道。VHF -- I波段VHF --I I 波段VHF -- I I I 波段 channel 1 48.5-56.5 MHz FM 87-108 MHz channel 6 167-175 MHz channel 2 56.5-64.5 MHz channel 7 175-183 MHz channel 3 64.5-72.5 MHz channel 8 183-191 MHz channel 4 76-84 MHz channel 9 191-199 MHz channel 5 84-92 MHz channel 10 199-207 MHz channel 11 207-215 MHz channel 12 215-223 MHz 4.固定通讯业务波段划分 波段号频率 波段 号 频率 波段 号 频率 Band 1 14-200 KHz Band 13 9.04-9.50MHz Band 25 23.35-25.07MHz

中国无线频谱划分

谱资源是电信运营商的核心资源；这关系到各家电信运营商的天馈系统能否共址的技术基础，现将目前各电信运营商所获分配的频谱资源情况列出如下，供大家参考： 中国移动 GSM900 上行/下行：890-909/935-954 EGSM900 上行/下行：885-890/930-935(中国铁通GSM-R：885-889/930-934) GSM1800M 上行/下行：1710-1725/1805-1820 3G TDD 1880-1900MHz和2010-2025 中国联通 GSM900 上行/下行：909-915/954-960 GSM1800 上行/下行：1745-1755/1840－1850 3G FDD 上行/下行：1940-1955/2130-2145 中国电信 CDMA800 上行/下行：825-840/870－885 3G FDD 上行/下行：1920-1935/2110-2125 国家有关3G频谱的划分规定 根据2002年10月原国家信息产业部下发文件《关于第三代公众移动通信系统频率规划问题的通知》（信部无[2002]479号）中规定： FDD方式：1920-1980MHz和2110-2170MHz；补充工作频段1755－1785MHz和1850－1880MHz TDD方式：1880-1920MHz和2010-2025MHz；补充工作频段2300-2400MHz(与无线电定位业务共用） 对比运营商获得的3G频谱和国家规划的3G频谱，可以发现： 1.国家并没有将预先划分的3G频谱完全交给运营商使用； 2.中移动在频谱划分的频率宽度、频率特性上占有较大的优势； 3.中国移动获得1880-1900的TDD频谱，与目前电信和联通的小灵通(PHS)所使用频谱1900-1920并不重叠，且主要用于室内覆盖；国家在小灵通的频谱使用上仍留有余地。

认知无线电频谱感知技术分析

认知无线电频谱感知技术分析 摘要：认识无线电技术做为近年来通信领域的热点研究课题，是无线通信新兴智有技术之一，它对目前频谱资源利用率较低的固定频谱分配制度问题能够有效加以解决。因此，深入探讨做为认知无线电实现频谱分配、频谱共享前提和基础的频谱感知过程，则成为整个系统环节的重中之重。 关键词：认知无线电频谱感知技术研究意义分类分析中图分类号：tn925 文献标识码：a 文章编号： 1007-9416(2012)02-0033-02 伴随着广播电视、移动通信等领域中的应用越来越广泛，无线电技术应用面不断得到扩展，这使得有限的无线电频谱资源，与社会不断增长的需求产生一定的矛盾，可以说，随着人类社会对无线电频谱资源需求的增长，其也已成为稀缺的信息社会重要资源之一。认知无线电技术正是在这种背景下产生的，它可从有效解决因固定频谱分配政策导致的频谱资源不合理分配问题，并在探索频谱空穴特性的基础上，对无线频谱资源高效利用的重要手段。因此，探讨频谱感知这一认知无线电关键技术越来越为人们所关注，对此进行进入地探究也更具重要的现实意义。 1、认知无线电频谱感知技术的研究意义 频谱感知/空闲频谱检测和动态频谱资源管理是认知无线电最核心两项技术，而频谱感知过程决定了其后续环节实施的顺利与否，

可以说，感兴趣频段的检测，成为整个系统实现与否的重要前提条件。因此，频谱感知技对于认知无线电的研究与发展作用极大。 感知无线信道的环境，对信息检测、感知过程中出现的空闲频谱，并将其看做是作用在物理层上的信号处理技术，频谱感知在认知无线电中的主要任务包含两方面的内容：一方面应检测授权用户的信号存在与否，判断频段是否可用，这个任务要求频谱检测具有较高的可靠性；另一方面，由于接入权差异的客观存在，认知用户在使用某一频段的过程中，必须时刻保持有效的监测状态，对授权用户接入或使用该频段时不接入或是及时用最快的速度退出占用，以避免干扰到授权用户的正常工作。 对认知无线电接收机而言，其工作地点即可在授权频段，也可在非授权频段。在授权频段上，授权用户比认知用户的接入权要高，认知用户在占用频段后，需进行周期性检测，以防与授权用户出现使用冲突现象，若频谱空穴已为信号所占用，则还需要去寻找新的空闲频段才能进行信号的传输，所以认知用户需要判断频谱空穴是否真实存在，这个过程包含在授权频段的检测过程中。 为了满足无线电频谱的检测要求，需要使认知无线电系统中的频谱感知执行得更加可靠和有效，以确保授权业务免受干扰，还要使不同认知用户利用授权频段来传输非授权信号更加合理。通过以上分析可知，在认知无线电应用中，频谱感知/空闲频谱检测具有着重要的基础意义，因此，探讨频谱感知技术很有其必要性，这也是