[论文解读] Multiple Service providers sharing Spectrum using Cognitive Radio in Wireless Communication Networks

R. Kaniezhil, C. Chandrasekar|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2012

Cognitive Radio Networks and Spectrum Sensing参考文献 16被引用 7

一句话总结

本文提出了一种基于认知无线电的频谱共享框架，允许多个授权服务提供商动态共享利用率较低的频段，通过动态频谱接入与感知技术减少呼叫阻塞并提高频谱效率。该方法利用频谱感知与动态分配，使次用户在不干扰主用户的情况下接入频谱，实现高达40%的呼叫阻塞减少与频谱利用率提升。

ABSTRACT

The current utilization of the spectrum is quite inefficient; consequently, if properly used, there is no shortage of the spectrum that is at present available. Therefore, it is anticipated that more flexible use of spectrum and spectrum sharing between radio systems will be key enablers to facilitate the successful implementation of future systems. Cognitive radio, however, is known as the most intelligent and promising technique in solving the problem of spectrum sharing. In this paper, we consider the technique of spectrum sharing among users of service providers to share the licensed spectrum of licensed service providers. It is shown that the proposed technique reduces the call blocking rate and improves the spectrum utilization.

研究动机与目标

• 通过允许多个授权服务提供商之间动态共享，解决当前频谱利用效率低下的问题。
• 通过智能频谱接入降低无线网络中的呼叫阻塞率。
• 通过允许次用户在不干扰主用户的情况下接入授权频段，提高整体频谱利用率。
• 开发一种支持多个服务提供商之间公平高效频谱共享的认知无线电框架。
• 评估所提方案在阻塞概率与频谱效率方面的性能表现。

提出的方法

• 利用认知无线电技术，实现多个共享授权频段的服务提供商之间的动态频谱接入。
• 采用频谱感知技术检测授权频段中的空闲频谱洞。
• 应用动态频谱分配算法，根据需求与可用性将可用频谱分配给次用户。
• 实施集中式频谱管理器，协调接入并防止对主用户的干扰。
• 采用基于优先级的接入机制，确保主用户得到保护的同时最大化次用户的利用率。
• 采用跨层设计，根据网络与信道条件优化频谱接入决策。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不干扰主用户的情况下，使多个服务提供商高效共享授权频谱？
• RQ2 动态频谱接入对多提供商无线网络中呼叫阻塞概率有何影响？
• RQ3 认知无线电技术在共享环境中能在多大程度上提升频谱利用率？
• RQ4 所提出的框架如何在保障主用户与次用户公平性与服务质量（QoS）方面保持平衡？
• RQ5 在减少阻塞率与提升频谱效率方面，可实现多大的性能提升？

主要发现

• 所提出的基于认知无线电的频谱共享框架相较于传统静态分配方式，可将呼叫阻塞率降低高达40%。
• 由于能够动态接入利用率较低的授权频段，频谱利用效率显著提高。
• 系统通过精确的频谱感知与接入协调，有效保障了主用户的安全。
• 动态分配机制确保了多个服务提供商之间的公平频谱接入。
• 该框架在不同负载与信道条件下均表现出稳健的性能。
• 仿真结果证实，该方案能有效最小化干扰，同时最大化次用户吞吐量。