【摘要】：隨著現(xiàn)代無線通信技術的發(fā)展,資源緊缺現(xiàn)象越來越嚴重,這就導致人們對頻譜分配方式的思考,為解決這種頻譜資源緊缺現(xiàn)象,研究者們提出了認知無線電技術。認知無線電(Cognitive Radio,CR)的接入方式是機會頻譜接入,認知用戶通過頻譜感知技術感知動態(tài)頻譜環(huán)境,得到與授權用戶即主用戶共享授權頻段的機會,因此,頻譜感知性能的提升在認知無線電中至關重要。本文是以頻譜感知控制方法的研究為重點,搭建了一個基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的多用戶多信道預測模型。論文中首先將頻譜感知的研究現(xiàn)狀做了綜述,介紹了幾種常用的頻譜感知技術方法,結合近幾年較實用的預測模型,介紹了頻譜感知中常用的頻譜預測方法。在單用戶多信道預測模型的基礎上,搭建了多用戶多信道預測模型。論文中在單用戶多信道模型的搭建過程中,選擇使用ON/OFF信道狀態(tài)建模,對這個模型進行理論分析和仿真實驗,得到多個重要的實驗參數(shù),其中最重要的就是信道預測剩余可使用時間,結合信道內(nèi)已有數(shù)據(jù)的分析(如信道通信流量占用、信號干擾比、信道空閑利用率、用戶位置定位等),將信道模型的接入切換方式分為三種,分別是按表格接入切換、按距離接入切換和隨機接入切換。從理論分析和實驗結果中看到,按表格切換控制的切換次數(shù)只占按距離切換控制的切換次數(shù)的10%左右,隨機接入的切換次數(shù)也降低到按距離切換的50%左右,但是由于隨機切換還有等待切換時間沒有計算,故可以不關注隨機切換方式,從另外兩種切換方式的對比中,可以明顯的看到能量消耗的降低。此外,在單用戶多信道模型的搭建中,還對信道內(nèi)頻譜感知的周期進行了理論分析和仿真實驗。在IEEE802.22中對于頻譜感知周期的定義是將感知周期固定化,在本論文中設置感知周期為動態(tài)變化的時間,通過最小化感知周期的消耗函數(shù)得到最佳感知周期。在信道四種狀態(tài)模型下,使用積分求取四種狀態(tài)中的有效通信時長和無效通信時長,對每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率使用貝葉斯推導公式更新概率值,形成信道模型。在信道模型中將歸一化信道效率以及歸一化干擾時長取極小值,求得最佳的數(shù)據(jù)傳輸時間,根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸時間可以求得最佳感知時間。使用傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和信道本身狀態(tài)來確定頻譜的感知周期,如若上面兩種數(shù)據(jù)有發(fā)生變化,那么感知周期也要發(fā)生變化。這對于多信道中信道的選取和切換進行數(shù)據(jù)量化,從數(shù)據(jù)中分析得到最優(yōu)信道從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率和降低信道干擾。單用戶多信道模型在認知用戶數(shù)目上具有限制性,為了模型具有更廣泛性,更貼近實際中使用的網(wǎng)絡模式,基于單用戶多信道模型搭建多用戶多信道模型。多用戶多信道模型中選擇基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的頻譜預測對信道剩余可使用時間做短時間預測,結合線性分析得到篩選表以及帶內(nèi)使用頻譜感知的動態(tài)感知周期求取感知周期值完成網(wǎng)絡模型的搭建。通過理論分析和實驗證明,頻譜預測結合信道控制接入方法以及信道內(nèi)感知的周期優(yōu)化,多用戶多信道系統(tǒng)的頻譜利用率提高百分比的取值要大于90%,感知能量降低百分比最小也要大于46%。所以,基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的多用戶多信道預測模型的建立具有實際意義。
【圖文】：

單點感知頻譜檢測方法下面有主用戶發(fā)射機檢測和主用戶接收機檢測，協(xié)作逡逑頻譜感知檢測下面分為分布式協(xié)作檢測和集中式協(xié)作檢測。這些二級檢測方逡逑法下面還可以再細分，主要的頻譜檢測算法劃分圖如圖２－２所示：逡逑頻譜檢測算法逡逑．邋１邋＇逡逑Ｉ邋｜邐｜邐１逡逑單點檢測邐協(xié)作檢測逡逑，邋１逡逑主用戶接收機邐｜主用戶發(fā)射機逡逑檢測邐檢測逡逑＂＂＂邐Ｉ邋￣￣邐ＺＩＺＺＺＥ＾＾Ｚ邐ｒ—Ｉ￣￣邐ｒ－ｉ－￣￣逡逑ｉ邐〕邐１邐１邐集中邐分布逡逑Ｈ邐ｉｉ邋＾邐§逡逑溫度ｆｉ器檢檢特征測邋ｍ逡逑檢測邐測邋測邋檢測逡逑圖２－２主要頻譜檢測算法分類圖逡逑１０逡逑

ｒ／邋ｑ’邋，邐ａ邐譜接入逡逑１ｘ＾７邋！邋／－——：逡逑＾邐５？＾逡逑頻譜空穴逡逑圖２－１頻譜空穴示意圖逡逑從認知用戶數(shù)目角度來劃分，可分為協(xié)作感知檢測和單點感知檢測，顧逡逑名思義，單點檢測就是一個認知用戶獨立的完成頻譜檢測，協(xié)作頻譜檢測就逡逑是多個認知用戶一起完成頻譜檢測，而兩種感知檢測方法還可以向下細分，逡逑單點感知頻譜檢測方法下面有主用戶發(fā)射機檢測和主用戶接收機檢測，協(xié)作逡逑頻譜感知檢測下面分為分布式協(xié)作檢測和集中式協(xié)作檢測。這些二級檢測方逡逑下面還可以再細分，主要的頻譜檢測算法劃分圖如圖２－２所示：逡逑
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN925

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本文編號：2681519