认知无线网络动态频谱接入研究

发布时间：2017-10-04 08:21

  本文关键词：认知无线网络动态频谱接入研究

  更多相关文章： 认知无线电 动态频谱接入 POMDP 信道选择策略 频谱特征

【摘要】：随着无线通信技术的飞速发展,无线通信系统需要更多的频谱用以满足不同的应用需求,频谱资源紧缺的问题变得日益严峻。研究表明：传统的静态频谱使用策略下几乎所有可分配的频谱资源都已被占用。频谱资源紧缺性与服务需求的增长之间的矛盾制约着无线通信行业的发展。然而与频谱资源紧缺形成鲜明对比的是,现有的授权频谱并未得以充分利用,频谱机会普遍存在。为了更充分地利用现有的授权频谱,一些学者提出了认知无线电(CR, Cognitive Radio)的概念,它是一种新型自适应的智能无线通信系统,可以有效提高频谱的使用效率。其中,频谱接入作为认知无线电的关键技术受到学术界和产业界的广泛关注。在认知无线电动态频谱接入技术深入研究的过程中,机会式频谱接入中的频谱预测算法倍受关注。在公共控制信道较难获得的情况下,基于部分可观察马尔科夫决策过程的频谱预测算法,可以显著的提高系统的频谱使用效率。因此,本论文着重研究了基于部分可观察马尔科夫模型的频谱预测接入算法。本论文主要研究内容如下：认知无线电动态频谱接入技术中基于部分可观察马尔科夫决策过程(POMDP, Partially Observable Markov Decision Process)模型的频谱预测接入算法,主要包括基于POMDP的最优策略,平衡系统性能和计算量的POMDP次优策略,以及多认知用户POMDP接入算法。现有基于POMDP的频谱预测算法中,由于缺少公共控制信道,导致现有算法在多认知用户的情况下性能较差。为了解决这种问题,本文考虑POMDP预测收益和认知用户间碰撞率两方面的因素,采用均衡的混合信道选择策略。通过理论和仿真验证了模型建立的可行性,并对系统的吞吐量、频谱利用率以及碰撞率进行了对比分析。认知无线电动态频谱接入技术中可通过综合考虑频谱使用和信道容量两个方面的频谱特征,来实现频谱使用效率的提高。在频谱使用特征方面运用POMDP模型进行预测,可以有效地获得授权用户的频谱占用情况。在信道容量方面通过适量选择原则,能够实现不同认知用户对信道容量的不同需要。文中通过融合频谱使用特征和信道容量特征的接入策略,对认知无线电动态频谱接入进行建模分析。通过理论和仿真证明了,融合接入策略使认知用户间在没有交换信息的情况下,可选择收益最优的信道接入,同时又能够满足认知系统对于信道容量的需求。
【关键词】：认知无线电 动态频谱接入 POMDP 信道选择策略 频谱特征
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 认知无线电的研究背景和意义8-9
• 1.2 认知无线电的产生9-10
• 1.3 认知无线电的研究现状10-11
• 1.4 认知无线电动态频谱接入技术的研究现状11-12
• 1.5 论文结构安排12-13
• 1.6 章节小结13-14
• 第二章 认知无线电技术与频谱接入14-25
• 2.1 认知无线电的关键技术14-16
• 2.2 认知无线电的频谱接入技术16-24
• 2.2.1 频谱接入技术分类16-19
• 2.2.2 机会式频谱接入19-21
• 2.2.3 基于预测的动态频谱接入技术21-24
• 2.3 章节小结24-25
• 第三章 基于POMDP预测的动态频谱接入策略25-42
• 3.1 引言25
• 3.2 马尔可夫决策基础理论25-28
• 3.2.1 马尔可夫决策理论25-27
• 3.2.2 部分可观察马尔可夫决策理论27-28
• 3.3 认知无线电系统模型28-30
• 3.3.1 授权系统模型28-29
• 3.3.2 认知系统模型29-30
• 3.4 POMDP预测模型接入策略30-33
• 3.4.1 POMDP模型参数30-31
• 3.4.2 POMDP预测接入算法描述31-33
• 3.5 均衡的混合信道接入策略33-36
• 3.5.1 信道选择概率33
• 3.5.2 信道选择概率的取值33-34
• 3.5.3 均衡的混合信道接入算法34-36
• 3.6 仿真结果与分析36-41
• 3.6.1 偏差因子仿真37
• 3.6.2 对比仿真37-41
• 3.7 章节小结41-42
• 第四章 认知用户基于频谱特征的动态频谱接入策略42-58
• 4.1 引言42
• 4.2 认知无线电网络的频谱特征42-43
• 4.3 频谱的使用特征43-47
• 4.3.1 频谱使用特征的影响因素43-44
• 4.3.2 频谱使用特征的测量方法44-45
• 4.3.3 基于频谱使用特征接入算法45-47
• 4.4 信道容量特征47-51
• 4.4.1 信道容量的影响因素47-50
• 4.4.2 信道容量理论值50-51
• 4.5 基于频谱特征的融合接入算法51-52
• 4.5.1 融合接入算法51
• 4.5.2 算法步骤和流程图51-52
• 4.6 仿真结果及其分析52-56
• 4.6.1 吞吐量仿真53
• 4.6.2 碰撞率仿真53-55
• 4.6.3 信道利用率仿真55-56
• 4.7 章节小结56-58
• 第五章 主要结论与展望58-60
• 5.1 主要结论58
• 5.2 展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文64

【参考文献】

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1 陈易;张杭;胡航;;基于BP神经网络的协作频谱感知技术[J];计算机科学;2015年02期

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本文编号：969608