異構(gòu)CRN的高效聯(lián)合子信道選擇與資源分配

　　認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)（CRN）通過(guò)允許次要用戶（SUS）機(jī)會(huì)性地訪問(wèn)主要用戶（PUS）的許可頻譜，有望顯著提高頻譜利用率，在由多個(gè)異構(gòu)集成的CRN組成的CRN場(chǎng)景中，具有多個(gè)接口的SUS可能需要UCT頻譜切換到目標(biāo)子信道。結(jié)合目標(biāo)子信道上切換SUS的中斷延遲和傳輸性能，提出了在服務(wù)質(zhì)量（QoS）約束下，最大限度地提高所有被中斷SUS能量效率的子信道選擇和資源分配優(yōu)化問(wèn)題，并通過(guò)應(yīng)用G迭代算法和拉格朗日對(duì)偶法。數(shù)值結(jié)果表明了該方案的有效性。

　　認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)（CRN）作為一種革命性的提高頻譜利用率的技術(shù)，近年來(lái)受到學(xué)術(shù)界和業(yè)界的廣泛關(guān)注。在CRN中，頻譜資源可以在主要用戶（pus）和次要用戶（sus）之間共享，允許sus機(jī)會(huì)性地訪問(wèn)pus的許可帶，而不影響pus的通信。

　　多個(gè)具有異構(gòu)接入技術(shù)的CRN可能在某些地理區(qū)域共存，導(dǎo)致CRN異源集成，其中，具有多個(gè)接口的SUS可能必須進(jìn)行頻譜切換，并切換到同一CRN內(nèi)或不同CRN之間的另一個(gè)頻譜，因?yàn)榉?wù)信道或AR的退化。膿的對(duì)手對(duì)于一個(gè)切換SU，目標(biāo)頻譜的選擇方案尤其重要，因?yàn)樗赡軙?huì)顯著影響傳輸性能和用戶服務(wù)質(zhì)量（QoS）。

　　近年來(lái)，人們提出了幾種用于CRN的頻譜選擇方案。在只允許SUS切換到相鄰信道的情況下，考慮了信道切換的靈活性，推導(dǎo)了一個(gè)連續(xù)時(shí)間馬爾可夫模型來(lái)分析SUS的強(qiáng)制終止和阻塞概率。在中，作者提出了一種在CRN中確定切換SU初始信道和目標(biāo)信道的概率方法，并選擇傳輸時(shí)間最小的最優(yōu)信道作為切換目標(biāo)信道。參考文獻(xiàn)提出了一種具有搶先恢復(fù)優(yōu)先權(quán)（PRP）的CRN M/G/1排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，分析了SUS在排隊(duì)時(shí)的等待延遲，選擇等待延遲最小的頻譜作為切換信道。

　　近年來(lái)，人們提出了幾種用于CRN的頻譜選擇方案。在只允許SUS切換到相鄰信道的情況下，考慮了信道切換的靈活性，推導(dǎo)了一個(gè)連續(xù)時(shí)間馬爾可夫模型來(lái)分析SUS的強(qiáng)制終止和阻塞概率。在中，作者提出了一種在CRN中確定切換SU初始信道和目標(biāo)信道的概率方法，并選擇傳輸時(shí)間最小的最優(yōu)信道作為切換目標(biāo)信道。參考文獻(xiàn)提出了一種具有搶先恢復(fù)優(yōu)先權(quán)（PRP）的CRN M/G/1排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，分析了SUS在排隊(duì)時(shí)的等待延遲，選擇等待延遲最小的頻譜作為切換信道。

　　盡管CRN已經(jīng)考慮了頻譜選擇/切換問(wèn)題，但以往的大多數(shù)工作都集中在單個(gè)SU的切換或頻譜選擇方案的設(shè)計(jì)上，但是，很有可能多個(gè)SUS同時(shí)進(jìn)行切換，例如，多個(gè)SUS占用同一PU的許可信道。由于PU到達(dá)，必須中斷傳輸并切換到其他通道。在這種情況下，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)SUS的頻譜切換過(guò)程，由于SUS之間的資源競(jìng)爭(zhēng)，因此不能簡(jiǎn)單地從單用戶情況擴(kuò)展到單用戶情況。此外，以往的頻譜選擇/切換工作大多沒(méi)有考慮切換目標(biāo)信道的資源分配和傳輸性能優(yōu)化，可能導(dǎo)致不希望的傳輸質(zhì)量或SUS頻繁切換。

　　事實(shí)上，在以往的研究中，對(duì)SUS的資源分配和傳輸性能優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了研究。研究了SUS的動(dòng)態(tài)信道和功率分配問(wèn)題，根據(jù)SUS的業(yè)務(wù)需求，提出了一種啟發(fā)式優(yōu)化算法和一種次優(yōu)算法。研究了CRN的聯(lián)合傳輸時(shí)間和功率分配問(wèn)題，提出了一種優(yōu)化的時(shí)頻域資源分配方案，以最大限度地提高SUS的總?cè)萘?。但是，沒(méi)有共同考慮頻譜切換問(wèn)題。

　　本文考慮了多切換SUS的聯(lián)合子信道選擇和資源分配問(wèn)題。在選擇最佳信道和分配切換SUS的發(fā)射功率時(shí)，綜合考慮了信道等待時(shí)間、切換時(shí)間和信道特性等因素。我們將聯(lián)合子信道選擇和資源分配問(wèn)題作為一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，目標(biāo)函數(shù)是CRN中切換SUS的總能效。應(yīng)用迭代算法和拉格朗日對(duì)偶法，求解優(yōu)化問(wèn)題，得到SUS的最優(yōu)切換子信道選擇和功率分配策略。

　　論文的其余部分組織如下。第二節(jié)描述了本文所考慮的系統(tǒng)模型。在第三節(jié)中，檢查了切換SUS的中斷時(shí)間。提出的聯(lián)合優(yōu)化方案見第四節(jié)，第五節(jié)討論了優(yōu)化問(wèn)題的解決方案，第六節(jié)給出了仿真結(jié)果，最后在第七節(jié)總結(jié)本文。