第 27卷 第 1期
2013年 02月
空 军 预 警 学 院 学 报
Journal of Air Force Early Warning Academy
Vol.27 No.1
Feb. 2013
收稿日期：2012-12-20
作者简介：韩春耀(1989-)，男，硕士生，主要从事认知无线电技术研究.
基于图论的动态频谱分配策略
韩春耀
1
， 吴利民
2
（1.空军预警学院 研究生管理大队，武汉 430019；2.空军预警学院 四系，武汉 430019）
摘 要：针对颜色敏感图论着色频谱分配算法一般只应用于静态网络的问题，基于频谱分配的图论模型及颜
色敏感图论着色频谱分配原理，提出了一种改进的最大化系统总收益规则下的动态频谱分配算法，并进行了仿真
实验，对比分析了原有算法与新算法的性能．仿真结果表明，改进的算法虽然使认知网络总效益有所下降，但大
幅度减少了时间开销，提高了系统的时效性．
关键词：认知无线电；图论；动态频谱分配；系统收益
中图分类号：TN91 文献标志码：A 文章编号：2095-5839(2013)01-0055-04
由 于 频 谱 管 理 方 式 的 问 题 ，授 权 的 传 输 特
性 比 较 好 的 频 段 的 利 用 率 不 高 ，据 FCC 频 谱 政
策任务组的统计数据，当前分配的绝大多数频谱
的 利 用 率 为 15%～85% ，在 同 一 时 间 、相 同 地 点
所用的 频 谱 资源只 占 可用频谱 的 2%～6%
[1]
．认
知 无 线 电 (Cognitive Radio，CR)概 念 的 提 出 ，为解
决 频 谱 资 源 短 缺 问 题 指 明 了 方 向 ． 认 知 无 线 电
系 统 是 一 个 复 杂 的 智 能 的 通 信 系 统 ，CR 涉 及 的
关 键 技 术 主 要 包 括 频 谱 感 知 、干 扰 温 度 、信 道 状
态 估 计 、频 谱 分 配 、自 适 应 数 据 传 输 、功 率 控 制
以及机器学习等．
频 谱 分 配 是 在 频 谱 感 知 获 得 频 谱 空 穴 的 基
础上，根据分配规则对空中接口资源进行规划调
度．目前，在频谱分配理论方面已提出了图论模
型 、博 弈 论 模 型 、干 扰 温 度 模 型 、拍 卖 竞 价 模 型
等 分 配 模 型 ． 文 献 [2] 只 考 虑 了 授 权 用 户 (PU) 和
认 知 用 户 (SU)，认 知 用 户 之 间 的 干 扰 限 制 ，提 出
了分 布 式 列 表着 色 频 谱 分配 方 法 ． 文献 [3]中 提
出 了 一 种 集 中 式 颜 色 敏 感 图 论 着 色 频 谱 分 配 算
法 (CSGC)． 但 是 ，CSGC 分 配 方 法 是 针 对 静 态 认
知 网 络 的 分 配 策 略
[4]
，不 能 适 应 频 谱 移 动 性 ，而
且随 着 网络 可 用资 源 的增 多或 者 SU、PU 数目的
增多，其分配效率会快速降低．本文鉴于上述问
题 ，在 最 大 化 总 收益 规 则 下 ，提 出 了 一 种 改 进 的
基于图论的动态频谱分配策略．
1 频谱分配模型分析
1.1 频谱分配场景
假 设 认 知 无 线 电 系 统 采 用 正 交 频 分 复 用
(OFDM)作 为 传 输 技 术 ． OFDM 在 每 个 信 道 上 使
用 1 个 子 载 波 进 行 调 制 ，各 子 载 波 相 互 正 交 ，所
以扩频调制后的频谱能够相互重叠，不但减小了
子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱的利用
率
[5]
．假 设在 认知 无线 网络 区域 内，存 在 N 个认
知用 户，M 个相同带宽而 且相互正交的子 信道．
根据 组 网 方 式 ，频 谱 分 配 分为 集中 式和 分 布 式 2
种 分 配 方 式 ． 集 中 式 频 谱 共 享 需 要 一 个 集 中 式
控制器(如 基站)来管理 用 户 的接入 和 频 谱分配，
控 制 器 还 负 责 维 护 频 谱 使 用 信 息 的 数 据 库 ． 认
知用户间通过与控制器通信实现，认知用户通过
预 定 义 的 无 线 控 制 信 道 (Radio Control Channel，
RCC) 与 控 制 器 交 换 信 息 ，包 括 认 知 用 户 感 知 的
频 谱 信 息 和 控 制 器 分 配 的 信 道 信 息 ． 本 文 改 进
的 频 谱 分 配 算 法 基 于 上 述 场 景 ，并 且 不 关 注 物
理 层 的 频 谱 感 知 ，主 要 研 究 MAC 层 的 子 载 波 的
分 配 ． 认 知 无 线 电 网 络 频 谱 分 配 场 景 如 图 1
所 示 ．
ＳＵＢＳ
ＳＵ
１
ＰＵ
１
ＳＵ
２
ＳＵ
３
ＳＵ
４
ＰＵ
２
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３
ＰＵ
４
ＰＵＢＳ
ＰＵＢＳ
图 1 认知无线电网 络频谱 分配场景
1.2 频谱分配图论模型
频 谱 分 配 的 图 论 模 型 将 认 知 无 线 网 络 拓 扑
结 构 抽 象 成 带 重 边 的 无 向 图 ． 其 中 顶 点 代 表 参
与信道分配的认知用户，包括可用信道的集合．
DOI: 10.3969/ j.issn.2095-5839.2013.01.014
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