基于学习的频谱感知机制和动态接入策略设计

发布时间：2017-05-28 18:10

  本文关键词：基于学习的频谱感知机制和动态接入策略设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着无线宽带技术的飞速发展,频谱资源的紧缺正日益成为制约无线通信技术发展的瓶颈。认知无线电可通过感知周围无线环境,寻求频谱空穴,进行智能的、动态的频谱接入,实现授权频谱的二次利用,为解决频谱短缺、提高授权频谱利用率提供了新的思路。如何在不干扰主用户的条件下,有效提高认知用户的吞吐量,设计并实现高效的频谱感知机制和接入策略都是需要着重考虑的因素。本文主要基于学习方法对认知无线网络中的频谱感知和动态频谱接入技术展开研究,具体内容如下:第一章,首先概述了认知无线电提出的背景、原理。接着具体介绍了认知无线电中的若干关键技术,如频谱感知、频谱管理和频谱共享等。第二章,着重介绍现有的频谱感知以及动态频谱接入技术。在频谱感知方面,本章介绍了三种常见的单用户频谱感知方法以及一种基于机器学习的协作频谱感知方法,另外重点概述了当前认知无线网络中几类主要的动态频谱接入模型,此外,例举了基于Q-learning的智能频谱接入模型,并仿真验证了其接入策略的合理性。最后,对当前认知无线电所用到的机器学习方法进行了概括。第三章,针对频谱感知中的能量检测法提出了一种基于模糊C均值(Fuzzy C means,FCM)的自适应门限选择机制。该机制只需根据接收到的能量样本的相似性和差异性进行聚类,选取隶属度值差异最小的能量样本作为最佳门限值,而无需信噪比、初始门限等先验信息,因此在能量检测中具有更强的自适应性。Matlab仿真结果证明,新机制下获取的最佳门限与文中推导的高斯白噪声信道下的最佳检测器门限相比,具有很好的拟合度。第四章,基于部分观测马尔科夫决策过程(Partially Observable Markov Decision P rocess,POMDP)的动态频谱接入模型,重点研究了非完美观测(存在感知误差)的情况,对两种接入策略(基于网络状态的接入策略和基于信道状态的接入策略)的影响。在此基础上,并对认知用户的吞吐量以及频谱利用率进行了仿真,最后比较和分析了两种策略的性能及复杂度。
【关键词】：认知无线电 频谱感知 动态频谱接入 机器学习
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 认知无线电的背景及其研究意义9-10
• 1.2 认知无线电的定义及主要特征10-12
• 1.3 认知无线电中的关键技术12-15
• 1.3.1 频谱感知12-13
• 1.3.2 频谱管理13-14
• 1.3.3 频谱共享14-15
• 1.4 认知无线电的发展及研究现状15-17
• 1.4.1 认知无线电的发展历程15-16
• 1.4.2 认知无线电的研究现状16-17
• 1.5 本文的主要内容及安排17-19
• 第二章 认知无线网络中频谱感知与动态频谱接入19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 频谱感知19-23
• 2.2.1 能量检测法20
• 2.2.2 匹配滤波法20-21
• 2.2.3 循环平稳特性检测法21-22
• 2.2.4 KNN协作频谱检测法22-23
• 2.3 动态频谱接入23-27
• 2.3.1 MDP模型24-25
• 2.3.2 图论与最优化模型25
• 2.3.3 智能模型25-27
• 2.4 基于Q-learning的频谱接入策略27-30
• 2.4.1 Q-learning理论27-28
• 2.4.2 基于Q-learning的频谱接入策略28-29
• 2.4.3 仿真结果及分析29-30
• 2.5 认知无线电中的机器学习30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 基于FCM的智能频谱感知机制设计33-46
• 3.1 引言33-34
• 3.2 能量检测中的最佳门限34-36
• 3.3 基于FCM的自适应门限选择机制36-41
• 3.3.1 FCM基本理论36-38
• 3.3.2 系统模型38-39
• 3.3.3 基于FCM的自适应门限选择流程39-41
• 3.4 仿真结果及分析41-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 基于POMDP模型的频谱接入策略设计46-57
• 4.1 引言46
• 4.2 场景建模46-49
• 4.2.1 POMDP模型46-48
• 4.2.2 充分统计量48
• 4.2.3 收益和目标函数48-49
• 4.3 频谱感知接入策略49-53
• 4.3.1 最优的感知接入策略49-50
• 4.3.2 次优的感知接入策略50-53
• 4.4 仿真结果及分析53-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 参考文献59-63
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文63-64
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目64-65
• 致谢65

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本文编号：403187