LTE-R系统中的认知无线电频谱共享技术

“本文探讨了认知无线电（Cognitive Radio, CR）技术在LTE-Railway (LTE-R)系统中实现频谱共享的应用，旨在解决该系统的频谱浪费问题。通过构建创新性的认知无线电网络（Cognitive Radio Network, CRN），认知LTE-Relay节点B（C-eNodeB）与车载网关（Vehicle Gateway, VG）协同工作，能够将空闲和未充分利用的频谱资源分配给乘客通信设备，提高LTE-R系统的频谱利用率，同时不会影响列车与地面之间的通信。针对提出的CRN架构，文章提出了一种基于服务类型（Type of Service, ToS）值优先级的C-eNodeB队列管理策略（Queue Management Strategy, QMS），以降低次级用户（Secondary Users, SUs）因FIFO队列管理策略产生的实时（Real-Time, RT）服务延迟。仿真结果证明，所提议的CRN有效提升了LTE-R系统的频谱利用率，且基于ToS的C-eNodeB QMS能改善次级用户的延迟性能。” 在现代通信系统中，频谱资源的高效利用是关键挑战之一，尤其是在对带宽需求日益增长的铁路通信系统（LTE-R）中。认知无线电技术是一种解决这个问题的有效手段，它允许非授权的次级用户在不干扰授权主用户的情况下，动态地访问空闲的频谱资源。本文提出的认知无线电网络模型，将C-eNodeB作为认知节点，与VG配合，实时监测并分配频谱资源，提高了整个系统的效率。 C-eNodeB队列管理策略是优化系统性能的重要环节。传统的FIFO（先进先出）策略可能造成实时服务的延迟，对于需要低延迟保证的服务，如紧急通信，可能会产生负面影响。文章提出了基于ToS值的优先级QMS，根据服务的紧急程度和需求，调整数据包的处理顺序，以确保关键服务的优先传输，降低了RT服务的延迟。 仿真结果证实了这种基于ToS的QMS在改善系统性能方面的作用，它不仅提高了频谱利用率，还保证了服务质量，尤其对实时性要求高的通信场景。这一研究成果对于未来智能交通系统、物联网以及5G等高速、低延迟的无线通信网络的设计和优化具有重要的参考价值。 本文通过引入认知无线电技术和优化的队列管理策略，为LTE-R系统提供了一个高效的频谱共享解决方案，有助于实现通信资源的最大化利用，同时也保障了不同服务类型的性能需求，为未来铁路通信系统的发展提供了新的思路。