無線移動通信行業(yè)的飛速發(fā)展,使得不可再生的頻譜資源日趨緊張,為了改善這類狀況,研究者們提出了認知無線電技術。該技術使得認知用戶可以共享授權用戶未使用的頻譜資源進行通信,從而提高頻譜利用率。目前認知無線電技術的研究主要從四個方向入手:即頻譜感知、頻譜分配、頻譜共享和頻譜切換。本文主要研究的是優(yōu)化頻譜分配方案和算法,對頻譜資源進行更加合理有效的分配;同時當系統(tǒng)采用下墊式頻譜共享方式時,為了降低對授權用戶所在主網(wǎng)絡的干擾,存在認知用戶發(fā)射功率較低導致認知用戶通信鏈路質(zhì)量較差,進而嚴重限制認知用戶端到端吞吐量的問題,故將協(xié)作中繼技術引入認知無線電系統(tǒng),有效地提升認知用戶端到端吞吐量和通信質(zhì)量。首先,說明了課題的研究背景與意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及論文組織結構與工作安排,闡述了認知無線電系統(tǒng)和協(xié)作中繼技術的相關理論知識,并討論了協(xié)作中繼技術在認知無線電中的三種應用場景。其次,在原始螢火蟲算法的基礎上,研究該算法的可優(yōu)化點提出一種改進型蛙跳螢火蟲算法,利用該算法優(yōu)化頻譜分配方案,提高頻譜資源利用率。新算法引入蛙跳算法的族群劃分思想,使得全局最優(yōu)信息在整個種群中傳遞,避免陷入局部最優(yōu)解;同時將固定步長改為自適應可變步長,利用自適應協(xié)調(diào)因子動態(tài)調(diào)整步長,從而加快收斂速度和搜索精度。通過四個標準函數(shù)和頻譜分配模型實驗仿真結果可知,改進型算法在搜索速度、求解精度、迭代過程穩(wěn)定性以及網(wǎng)絡總效益等方面均優(yōu)于原始算法。最后,研究認知用戶間的協(xié)作中繼策略,以提升認知用戶端到端吞吐量。在本文的系統(tǒng)模型下,深入研究認知協(xié)作中繼網(wǎng)絡的信道分配模式以及優(yōu)化的功率分配,并提出一種結合信道分配的最佳單中繼選擇方案,對選取的最佳單中繼執(zhí)行恰當模式的信道分配,使得系統(tǒng)能夠利用直接傳輸、雙跳傳輸、協(xié)作傳輸這三種傳輸方式進一步提升認知用戶端到端的吞吐量,與多中繼方案相比,該方案可以憑借較低的系統(tǒng)開銷和復雜度,優(yōu)化端到端的吞吐性能,更具有實際應用價值。
【學位單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN925
【部分圖文】：

頻譜空穴是認知無線電的重要工作參數(shù)，它將頻譜資源的使用情況具體到了特定的地點、逡逑特定的時間和特定的頻段［３７］，表示的是在某時刻授權頻譜處于空閑狀態(tài)，對于認知用戶出現(xiàn)逡逑的暫時性的頻譜使用機會。它是一個可二次利用的空間－時間頻率區(qū)域，其示意圖如圖２．１所逡逑示。由圖可知，若頻譜資源在某一頻率或者某一時間段是沒有被使用的，可以在不影響授權逡逑用戶通信的情況下，對這些頻譜資源進行“二次利用”。逡逑■■被使用頻譜逡逑１邐１頻譜空穴逡逑頻率逡逑＇—■逡逑［／邋■邋邐逡逑／邐邐邋時間逡逑圖２．１頻譜空穴概念逡逑將認知無線電技術引入無線通信系統(tǒng)，使得系統(tǒng)中的用戶和網(wǎng)絡類型均被分為兩大類［３８］：逡逑一類是主用戶，也可以叫作授權用戶，是通過頻譜管理機構授予頻譜最高使用權限的無線電逡逑用戶，通過授權用戶構成的網(wǎng)絡被稱為授權網(wǎng)絡或主網(wǎng)絡，目前通信網(wǎng)絡中存在的主網(wǎng)絡包逡逑６逡逑

２．３．１頻譜分配技術主要分類逡逑隨著網(wǎng)絡系統(tǒng)模型及應用場景的改變，認知無線電系統(tǒng)的頻譜分配方式也對應有不同的逡逑分類，按照圖２．２所示的分類標準，可以分為以下六種頻譜分配方式逡逑頻譜分配技術逡逑頻譜接入方式邐網(wǎng)絡結構邐網(wǎng)絡用戶合作方式逡逑完全受限部分受限集中式分布式合作式非合作式逡逑頻譜分配Ｉ頻譜分配Ｉ頻譜分配Ｉ頻譜分配Ｉ頻譜分配Ｉ頻譜分配逡逑圖２．２頻譜分配技術分類圖逡逑１）

點用直線連接起來說明這對認知用戶之間沖突，不能同一時間接入同一頻段，否則會產(chǎn)生干逡逑擾。逡逑圖２．３代表的是認知無線電系統(tǒng)的一個網(wǎng)絡拓撲結構，系統(tǒng)中的５個頂點分別表示５個逡逑認知用戶，用數(shù)字１－５表示，用Ａ、Ｂ、Ｃ表示系統(tǒng)存在的可選擇頻段，用Ｉ－ＩＶ表示系統(tǒng)的四逡逑個授權用戶，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｃ是它們的授權頻段。通常情況下，授權用戶的發(fā)射功率決定它的逡逑通信覆蓋范圍，根據(jù)發(fā)射功率的變化覆蓋范圍會相應變化，若某認知用戶想要使用某授權用逡逑戶的頻段，若對認知用戶不加約束，則會對授權用戶的正常信息傳輸產(chǎn)生干擾，故認知用戶逡逑需要在一定限制條件下使用可用空閑頻段。如圖２．３中所示，虛線圓圈表示的是授權用戶的逡逑覆蓋范圍，授權用戶的授權頻段就是它們當前占用的信道，各認知用戶的可用頻段集合和他逡逑們所在區(qū)域的授權頻段均是不相同的，比如認知用戶２位于授權用戶ｎｉ的領域，則信道Ｃ逡逑對于認知用戶２就是不可用的

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

1 程美英;倪志偉;朱旭輝;;螢火蟲優(yōu)化算法理論研究綜述[J];計算機科學;2015年04期

2 李衛(wèi)軍;;蛙跳螢火蟲算法及其在無線電頻譜分配中的應用[J];微型機與應用;2015年05期

3 申濱;喻俊;黃瓊;陳前斌;;基于EEF準則的認知無線電寬帶頻譜感知[J];北京郵電大學學報;2014年06期

4 郁書好;楊善林;蘇守寶;;一種改進的變步長螢火蟲優(yōu)化算法[J];小型微型計算機系統(tǒng);2014年06期

5 劉洲洲;王福豹;張克旺;;基于改進螢火蟲優(yōu)化算法的WSN覆蓋優(yōu)化分析[J];傳感技術學報;2013年05期

6 朱星宇;周懷北;黃俊園;;認知無線網(wǎng)絡中基于信道感知排序的頻譜切換[J];電信科學;2013年04期

7 楊潔;楊育;;無線電頻譜資源管理研究現(xiàn)狀分析[J];無線電工程;2008年09期

本文編號：2809568