频谱资源的紧缺是限制无线移动通信与服务应用持续发展的瓶颈,作为一种革命性的频谱共享技术,认知无线电通过对授权频段的机会式利用,为缓解频谱资源缺乏与日益增长的无线业务需求之间的矛盾开辟了一条新的途径,对有效解决有限条件下提升频谱资源利用率有着优越的和不可替代的意义。认知网络在接入授权频段时必须保障授权网络的通信质量,这就意味着当授权用户回归当前通信信道时,认知用户必须中断传输,并寻找另一信道继续通信,该过程称为频谱切换。实现快速、平稳地切换对于提升系统性能具有重要的意义。本课题基于一种新型融合的网络架构,采用软件自定义网络(Software Defined Networking,SDN)将传统基站划分为两个部分:控制基站和数据基站(也称为微小区基站)。为保证系统可靠性,控制基站使用低频授权频段传输控制面信号,而数据基站使用授权频段、认知频段和非授权频段提供数据业务服务。本文中以城市车联网为主要应用场景,重点研究了数据基站下行链路中频谱切换问题,包括以下两方面:1.在传统静态认知网络中,频谱可用性主要取决于授权用户的用频行为,而移动场景中,随着认知用户位置的改变,其可用频谱资源也在发生变化。故提出了一种结合授权用户活动状态和认知用户移动性的信道可用性模型,将认知用户的状态分为三种:认知用户位于信道所属的授权基站覆盖范围内,且信道忙碌;认知用户位于信道所属的授权基站覆盖范围内,但信道空闲;认知用户不位于信道所属的授权基站覆盖范围内。其中后两种都属于信道对用户的可用状态,通过分析三种状态的转移频率可得到信道可用概率,以此作为频谱切换的排序因子。当用户需要进行频谱切换时,优先选择信道可用概率大的信道。将其分别应用于主动式切换、被动式切换和混合式切换,通过仿真,与随机切换机制进行对比,结果表明,基于信道可用性的混合式切换算法能够有效减少频谱切换次数,同时小幅度提升系统吞吐量。2.实现良好切换性能的关键还包括目标切换信道的选择,因此,提出了一种基于非连续频谱聚合的切换信道选择策略。数据基站同时接入认知频段和非授权频段与微小区用户进行通信,为便于分析,文中非授权系统特指WiFi系统。尽管采用交织模式接入认知频段能够有效避免同频干扰,但OFDM机制引起的带外功率泄漏却不能忽略,故首先对认知频段的干扰问题进行了量化。其次,与WiFi系统共存时,采用基于帧结构的先听后说机制,通过自适应调节空闲子帧个数实现与WiFi网络之间资源的公平分配。最后,在保证对授权系统的干扰限制、微小区用户数据速率需求和与WiFi系统的公平共存的前提下,构建以最大化系统吞吐量和最小化切换次数为目标函数的优化模型,并运用遗传算法求出认知和非授权信道的目标切换信道,以及空闲子帧的数量。通过仿真,与单目标最优化算法进行了对比,结果表明,该方案能够提升系统吞吐量性能,降低切换次数。并且能够保证与WiFi系统之间资源分配的公平性。