（基于神经网络的智能频谱共享系统张典，陈军权，胡青松**（中国矿业大学信息与电气工程学院，中国矿业大学物联网研究中心，江苏徐州221000）510152025303540摘要：针对认知无线电有效通信的快速而准确的信道切换问题,本文提出了一种基于神经网络的频谱共享系统模型，它结合神经网络具有自适应能力强与预测功能的特性分析认知无线电频谱共享中的信道切换。该系统模型不仅可以提高认知用户的频谱利用率，而且可以减小对主用户的频谱干扰。关键词：认知无线电；神经网络；信道切换；频谱利用率中图分类号：TN92DesignofintelligentSpectrumsharingSystembasedonneuralNetworkZHANGDian,CHENJunquan,HUQingsong(ResearchCentreoftheInternetofThings，SchoolofInformation&ElectricalEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology,JiangSuXuZhou221000)Abstract:Aimedatsolvingfastandefficientchannelswitchingproblem,thispaperproposedakindofspectrumsharingmodelbasedontheneuralnetwork,itcombinesneuralnetwork’sstrongadaptationabilityandpredictionabilitywiththechannelswitchingincognitiveradionetwork.Thismodelnotonlycanenhancetheseconduser’sutilization,butalsocanreducethedistributiontotheprimaryuser.Keywords:cognitiveradionetwork;neuralnetwork;channelswitching;spectrumutilization0引言随着无线通信的快速发展，频谱资源日益匮乏，研究表明，现有的频谱资源并没有得到充分的利用[1]。为了改善这种状况，提高频谱利用率，1999年，JosephMitola提出了认知无线电的思想[2]。认知无线电的前提条件是在不影响主用户的条件下，合理的利用现有的频谱资源，实现动态的频谱共享，而作为现有的频谱资源，要实现主用户和认知用户的通信需求，信道的切换技术十分重要。文献[3]中MISHRA,S提出了一种RSA(ReactiveSpectrumAccess)的频谱接入技术，该文献提出，当主用户使用信道时，正在通信中的认知用户将会让出信道以减小对主用户的干扰作用。但是，这种方式会对主用户产生一定的不必要地干扰。文献[4]中KIM,H提出了PSA(ProactiveSpectrumAccess)的频谱接入技术，认知用户通过对信道中主用户的使用情况作出预测，然后判断下一个时隙是否空闲，以此来减小认知用户对主用户的干扰，但是这种接入方式存在较大传播延时，降低了通信的速率。文献[5]中LeiYang提出了一种改进的PSA接入技术，该接入技术可以同时判断时隙的空闲概率和接入时隙，以此提高频谱的通信速率，但是该方案只能从速率上提高频谱资源的质量，不能保证该频谱共享系统的可靠性和有效性。本文就是在文献[5]的基础上提出将神经网络应用到频谱共享系统中的模型，它结合神经网络较强的预测和网络适应能力，对PSA频谱接入技术进行了改进。通过提前预测主用户信道使用状况决定认知用户的切换信道，提高认知用户的频谱利用率和减少信道感知时间，从而减小认知用户对主用户的干扰。作者简介：张典，（1988-），女，硕士研究生，主要研究方向：认知无线电。通信联系人：胡青松，1978-），男，硕士研究生导师，主要研究方向：认知无线电.E-mail:hqsong722@163.com-1-f(t)⎨⎪xy,si0,si1−xytn−i1信道模型与神经网络1.1信道模型本文中，假设主用户在信道中使用近似于指数分布的模型，信道有{0,1}两个状态，其45中这两个状态相互独立，且均服从指数分布[6]。任一个信道在转移到状态1之前，在状态0停留的时间服从指数分布（设其参数为），同理，信道在回到状态0之前，在状态1停留的时间亦服从指数分布。设该信道在状态0停留的时间t服从参数为的指数分布，则其概率密度函数为：⎧e−t,t≥0⎩0,t005055在PSA频谱接入技术中，首先认知用户会对信道进行感知，并且根据已有的历史数据进行判断。假设当前认知用户处于第n个时隙中，认知用户对信道的使用状况进行判断时，通过信道在第i个时隙时被主用户使用的状态得出概率Pi，根据神经网络判断出决定此时认知用户是否需要切换信道。为简化信道模型，假设在该频谱共享...