本文關(guān)鍵詞：認(rèn)知無線電中頻譜聚合技術(shù)及其資源調(diào)度的公平性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展,有限的頻譜資源成為無線通信技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題。認(rèn)知無線電作為一種智能無線電技術(shù)打破了這一瓶頸問題,它是解決現(xiàn)有頻譜資源緊張的關(guān)鍵技術(shù),經(jīng)過十幾年的發(fā)展,認(rèn)知無線電技術(shù)日漸成熟,目前IEEE802.22工作組已將認(rèn)知無線電技術(shù)作為無線區(qū)域網(wǎng)WRAN的物理層和MAC層空中接口的標(biāo)準(zhǔn)。頻譜聚合技術(shù)于2006年首次提出,該技術(shù)提出以來受到廣泛關(guān)注,其通過對(duì)空閑頻譜碎片的合理利用為用戶提供必要的業(yè)務(wù)支持。隨著寬帶無線通信的迅速崛起,現(xiàn)有的頻段中很難找到滿足IMT-A(International Mobile Telecommunications-Advanced)所要求的連續(xù)100MHz帶寬,所以在LTE-A系統(tǒng)中開始研究一種特殊的頻譜聚合技術(shù),即載波聚合技術(shù)。載波聚合技術(shù)通過對(duì)多個(gè)基本載波的聚合使用,解決了LTE-A系統(tǒng)對(duì)頻譜資源的需求。載波聚合只是頻譜聚合的一種特例,實(shí)際上頻譜聚合技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。在頻譜聚合條件下,各個(gè)頻段的間隔可能很大,頻譜段之間存在其他通信系統(tǒng)的可能,因此頻譜聚合要求聚合后的信號(hào)保證不對(duì)其他通信系統(tǒng)造成干擾。在認(rèn)知無線電環(huán)境中,認(rèn)知用戶在不影響授權(quán)用戶通信的情況下,可以機(jī)會(huì)式的占用授權(quán)用戶的信道。值得指出的是,頻譜聚合對(duì)系統(tǒng)間干擾的要求與認(rèn)知無線電的特點(diǎn)不謀而合。因此本課題將認(rèn)知無線電技術(shù)與頻譜聚合技術(shù)相結(jié)合,在無線區(qū)域網(wǎng)的頻譜范圍內(nèi),利用認(rèn)知無線電的認(rèn)知能力,達(dá)到與電視廣播業(yè)務(wù)共存的目的,從而在避免干擾的前提下,保證認(rèn)知用戶對(duì)寬帶業(yè)務(wù)的需求,最大限度的提升頻譜利用率。首先,本文針對(duì)短時(shí)間內(nèi)一段頻譜上授權(quán)用戶工作頻段比較固定的情況,提出了一種適用于認(rèn)知無線電的靜態(tài)頻譜聚合算法。該算法以現(xiàn)有的兩類頻譜聚合算法為基礎(chǔ),一類是以接入空閑頻段的認(rèn)知用戶個(gè)數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)的算法,另一類是以頻譜利用率為優(yōu)化目標(biāo)的算法。靜態(tài)頻譜聚合算法同時(shí)兼顧以上兩類算法的優(yōu)化目標(biāo),在確保頻譜利用率的前提下,允許更多的認(rèn)知用戶接入空閑頻譜。仿真結(jié)果表明,與另兩種算法相比所提出的靜態(tài)頻譜聚合算法,在頻譜跨度,空閑頻段個(gè)數(shù)和子載波個(gè)數(shù)最大值變化的影響下,都能保證較高的頻譜利用率,使接入空閑頻譜的認(rèn)知用戶個(gè)數(shù)最大化。其次,當(dāng)授權(quán)用戶隨機(jī)出現(xiàn)時(shí),所提出的頻譜聚合算法要考慮授權(quán)用戶工作頻段不固定帶來的影響,即認(rèn)知用戶在聚合頻譜的同時(shí)要涉及頻譜切換的因素。所以本文針對(duì)無線區(qū)域網(wǎng)內(nèi)授權(quán)用戶工作頻段隨機(jī)的復(fù)雜情況,提出了一種頻譜聚合中的混合式切換策略。根據(jù)對(duì)現(xiàn)有的認(rèn)知無線電頻譜切換的分析和總結(jié),混合式切換策略吸取了主動(dòng)式頻譜切換策略和反應(yīng)式頻譜切換策略的優(yōu)越性。本文結(jié)合頻譜聚合對(duì)頻譜資源的需求特征,建立了混合式切換策略的基本模型,同時(shí)歸納出具體的操作步驟。與主動(dòng)式和反應(yīng)式的切換策略相比,混合式切換策略實(shí)現(xiàn)了兩者的切換延時(shí)和切換次數(shù)的折中。另外,該切換策略通過候選信道的建立使認(rèn)知用戶在發(fā)生切換時(shí)能立即尋找目標(biāo)信道,進(jìn)一步減少切換延時(shí)。對(duì)于每個(gè)認(rèn)知用戶來說,候選信道要根據(jù)切換概率大小來排序。每次切換發(fā)生時(shí),認(rèn)知用戶都會(huì)選擇切換概率最小的候選信道作為目標(biāo)信道,以便減少二次切換的發(fā)生。這種優(yōu)良的切換策略和機(jī)制對(duì)于研究復(fù)雜場景下頻譜聚合的性能指標(biāo)具有重要的意義。最后,本文針對(duì)頻譜聚合中由于位置因素引發(fā)的認(rèn)知用戶對(duì)系統(tǒng)資源占用不公平的問題,提出一種頻譜聚合中的位置比例公平調(diào)度算法。資源調(diào)度的公平性是保證認(rèn)知用戶頻譜聚合公平性的前提。在單一基站下的認(rèn)知用戶對(duì)頻譜資源的占用會(huì)因地理位置的變化而改變。離基站較近的位置,可用來聚合的頻譜資源較多;處于基站頻率覆蓋邊緣的位置,可用來聚合的頻譜資源較少。本文在頻譜聚合資源調(diào)度系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,建立了頻譜聚合比例公平調(diào)度準(zhǔn)則。通過對(duì)位置因素導(dǎo)致不公平現(xiàn)象的分析,引入位置權(quán)重因子的概念。在權(quán)重因子的調(diào)節(jié)下,認(rèn)知用戶間的優(yōu)先級(jí)差別變小,從而使系統(tǒng)資源調(diào)度相對(duì)公平。仿真結(jié)果表明位置比例公平調(diào)度算法在可聚合頻譜資源受限的區(qū)域使認(rèn)知用戶提高了優(yōu)先級(jí),從而解決了頻譜聚合不公平的問題。
【關(guān)鍵詞】：認(rèn)知無線電 頻譜聚合 頻譜切換 公平性調(diào)度
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN925
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-32
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義14-18
• 1.1.1 研究背景14-17
• 1.1.2 研究的目的和意義17-18
• 1.2 認(rèn)知無線電的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-24
• 1.2.1 認(rèn)知無線電概念18-20
• 1.2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析20-24
• 1.3 頻譜聚合的概念及研究現(xiàn)狀24-29
• 1.3.1 頻譜聚合的概念及意義24-25
• 1.3.2 頻譜聚合的國外研究現(xiàn)狀25-27
• 1.3.3 頻譜聚合的國內(nèi)研究現(xiàn)狀27-29
• 1.4 論文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)29-32
• 第2章 頻譜聚合技術(shù)及其公平性理論研究32-53
• 2.1 引言32-33
• 2.2 頻譜聚合方案研究33-35
• 2.2.1 頻譜聚合分類33-34
• 2.2.2 組合優(yōu)化簡介34-35
• 2.3 認(rèn)知無線電頻譜切換研究35-42
• 2.3.1 頻譜切換的意義36-37
• 2.3.2 頻譜切換關(guān)鍵技術(shù)37-39
• 2.3.3 頻譜切換基本模型39-41
• 2.3.4 頻譜切換性能指標(biāo)41-42
• 2.4 公平性調(diào)度研究42-52
• 2.4.1 資源調(diào)度的影響因素42-43
• 2.4.2 資源調(diào)度算法分類43-48
• 2.4.3 公平性調(diào)度準(zhǔn)則48-50
• 2.4.4 公平性調(diào)度算法50-52
• 2.5 本章小結(jié)52-53
• 第3章 認(rèn)知無線電中靜態(tài)頻譜聚合算法53-70
• 3.1 引言53-54
• 3.2 靜態(tài)頻譜聚合系統(tǒng)模型54-55
• 3.3 基于組合優(yōu)化的頻譜聚合算法研究55-59
• 3.3.1 靜態(tài)頻譜聚合算法的優(yōu)化目標(biāo)56-57
• 3.3.2 靜態(tài)頻譜聚合算法步驟57-59
• 3.4 仿真驗(yàn)證及性能分析59-69
• 3.4.1 靜態(tài)頻譜聚合算法性能仿真60-64
• 3.4.2 算法比較及分析64-69
• 3.5 本章小結(jié)69-70
• 第4章 頻譜聚合中混合式頻譜切換策略70-99
• 4.1 引言70-71
• 4.2 頻譜聚合中頻譜切換系統(tǒng)模型71-72
• 4.3 頻譜聚合中切換策略的分析72-82
• 4.3.1 主動(dòng)式頻譜切換72-74
• 4.3.2 反應(yīng)式頻譜切換74-76
• 4.3.3 頻譜切換延時(shí)76-82
• 4.4 混合式切換策略的研究82-86
• 4.4.1 候選信道及切換概率82-83
• 4.4.2 混合式切換策略的建立83-86
• 4.5 仿真驗(yàn)證及性能分析86-98
• 4.5.1 混合式切換策略性能分析86-92
• 4.5.2 策略比較及性能分析92-98
• 4.6 本章小結(jié)98-99
• 第5章 頻譜聚合中位置比例公平調(diào)度算法99-117
• 5.1 引言99-100
• 5.2 頻譜聚合公平性調(diào)度系統(tǒng)模型100-102
• 5.3 頻譜聚合比例公平調(diào)度準(zhǔn)則102-105
• 5.3.1 認(rèn)知用戶公平性調(diào)度準(zhǔn)則的建立102-104
• 5.3.2 認(rèn)知用戶到達(dá)概率及服務(wù)時(shí)間104-105
• 5.4 頻譜聚合位置信息公平性研究105-110
• 5.4.1 認(rèn)知用戶位置信息及優(yōu)先級(jí)106-108
• 5.4.2 位置比例公平調(diào)度算法步驟108-109
• 5.4.3 公平性調(diào)度評(píng)價(jià)指標(biāo)109-110
• 5.5 仿真驗(yàn)證及性能分析110-116
• 5.5.1 認(rèn)知用戶的頻譜聚合帶寬110-113
• 5.5.2 Jain公平性指數(shù)113-114
• 5.5.3 帶寬抖動(dòng)指數(shù)114-116
• 5.6 本章小結(jié)116-117
• 結(jié)論117-119
• 參考文獻(xiàn)119-131
• 攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的論文及其它成果131-133
• 致謝133-134
• 個(gè)人簡歷134

  本文關(guān)鍵詞：認(rèn)知無線電中頻譜聚合技術(shù)及其資源調(diào)度的公平性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：261927