本文關(guān)鍵詞：認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中公共控制信道建立與頻譜移動(dòng)性研究

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【摘要】：隨著無線通信用戶業(yè)務(wù)的急劇增長,頻譜資源短缺越來越成為限制無線通信技術(shù)發(fā)展的一個(gè)嚴(yán)峻的課題。認(rèn)知無線電被認(rèn)為是解決未來頻譜資源匱乏的一項(xiàng)最具發(fā)展前景的智能無線電技術(shù),在國內(nèi)外學(xué)者們的共同努力下,十幾年來發(fā)展日臻成熟。自認(rèn)知無線電概念被提出以來,學(xué)術(shù)界主要圍繞著如何準(zhǔn)確的檢測(cè)和利用空閑的授權(quán)頻譜,在不影響授權(quán)用戶正常通信的前提下,實(shí)現(xiàn)與授權(quán)網(wǎng)絡(luò)的資源共享。盡管認(rèn)知無線電在各個(gè)協(xié)議層下都取得了很多突破性的進(jìn)展,但是仍然存在一些棘手的問題亟待解決。本文主要以支持向量機(jī)和圖論極大獨(dú)立集等理論為基礎(chǔ),比較深入的研究了公共控制信道的建立和頻譜移動(dòng)性兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題,并有針對(duì)性的提出了相應(yīng)的解決方案。首先,本文在對(duì)現(xiàn)有的基于序列跳變的公共控制信道建立算法進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上,針對(duì)現(xiàn)有的公共控制信道約會(huì)算法平均約會(huì)時(shí)間性能不高的問題,提出了一種基于序列跳變的不定長公共控制信道約會(huì)算法。新算法適用性強(qiáng),可以應(yīng)用于對(duì)稱與非對(duì)稱模型下的公共控制信道建立。另外,本文從理論上證明了所提出的信道約會(huì)算法能夠保證兩個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間一定在有限時(shí)間內(nèi)約會(huì)成功,而且不受其應(yīng)用的模型限制。仿真結(jié)果表明,所提出的信道約會(huì)算法不僅在對(duì)稱模型下具有良好的平均約會(huì)時(shí)間性能,而且在非對(duì)稱模型中認(rèn)知用戶的可用信道比例較高時(shí),與經(jīng)典方法相比,新算法的平均約會(huì)時(shí)間性能提升也比較明顯。其次,根據(jù)對(duì)現(xiàn)有認(rèn)知無線電頻譜移動(dòng)性相關(guān)文獻(xiàn)的分析,為了提高移動(dòng)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的頻譜可用性預(yù)測(cè)性能,提出一種基于支持向量機(jī)的頻譜可用性預(yù)測(cè)算法。所提出的預(yù)測(cè)算法根據(jù)授權(quán)用戶的工作狀態(tài)和認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性的聯(lián)合分析,提取頻譜可用性的聯(lián)合特征,并將其作為支持向量機(jī)的輸入向量,從而獲得了頻譜可用性的數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)表達(dá)式。與未采用特征向量提取的基于域信息的預(yù)測(cè)算法相比,新的頻譜可用性預(yù)測(cè)算法不僅需要較少的訓(xùn)練點(diǎn)就可以達(dá)到其較高的穩(wěn)定預(yù)測(cè)性能,而且,新的預(yù)測(cè)算法具有良好的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率、預(yù)測(cè)漏檢率和短時(shí)預(yù)測(cè)性能。這些優(yōu)良的預(yù)測(cè)性能無疑都對(duì)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際部署十分重要。另外,當(dāng)認(rèn)知用戶的高速無規(guī)則移動(dòng)引起預(yù)測(cè)性能下降時(shí),新的預(yù)測(cè)算法可以通過合理的調(diào)整其參數(shù)來彌補(bǔ)系統(tǒng)性能損失。最后,基于移動(dòng)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的研究背景,為了在頻譜切換過程中同時(shí)考慮時(shí)空域頻譜可用性和認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性特征,提出一種預(yù)測(cè)式的備選信道頻譜切換算法。新頻譜切換算法在設(shè)計(jì)過程中,分析了不同認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間的連續(xù)時(shí)間干擾限制,并采用極大獨(dú)立集理論將相同信道作為備選切換信道一次同時(shí)分配給極大獨(dú)立集中的多個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn),提高了節(jié)點(diǎn)間的公平性。仿真結(jié)果驗(yàn)證了新的頻譜切換算法不僅提高了認(rèn)知系統(tǒng)的吞吐量和公平性,而且在一定程度上降低了認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶間的沖突概率。另外,由于在執(zhí)行頻譜切換之前,考慮到認(rèn)知用戶應(yīng)該已經(jīng)被分配了一條可用的空閑信道用于通信,本文基于對(duì)干擾限制的理論分析,設(shè)計(jì)了一種基于預(yù)測(cè)的頻譜分配機(jī)制。并針對(duì)頻譜利用率最大化準(zhǔn)則和公平性準(zhǔn)則,根據(jù)新機(jī)制分別提出了兩種頻譜分配算法。仿真結(jié)果表明,所提出的兩種頻譜分配算法與傳統(tǒng)圖論模型下經(jīng)典的公平算法和貪婪算法相比,在分配總頻譜數(shù)不占優(yōu)勢(shì)的情況下,分別獲得了更高的平均有效頻譜和公平性性能。
【關(guān)鍵詞】：認(rèn)知無線電 公共控制信道 頻譜移動(dòng)性 頻譜切換 頻譜分配 預(yù)測(cè) 極大獨(dú)立集
【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14-36
• 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)知無線電的概念及其關(guān)鍵技術(shù)18-26
• 1.2.1 認(rèn)知無線電的定義和內(nèi)涵18-20
• 1.2.2 認(rèn)知無線電的主要關(guān)鍵技術(shù)20-22
• 1.2.3 認(rèn)知無線電國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀22-26
• 1.3 認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中公共控制信道研究現(xiàn)狀26-30
• 1.3.1 公共控制信道國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀26-28
• 1.3.2 公共控制信道設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)28-30
• 1.4 認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的頻譜移動(dòng)性研究現(xiàn)狀30-33
• 1.4.1 頻譜移動(dòng)性國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀30-32
• 1.4.2 頻譜移動(dòng)性管理面臨的挑戰(zhàn)32-33
• 1.5 論文主要研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu)33-36
• 第2章 公共控制信道建立及頻譜移動(dòng)性相關(guān)理論研究36-53
• 2.1 引言36
• 2.2 公共控制信道建立方案研究36-39
• 2.2.1 公共控制信道建立算法分類37-38
• 2.2.2 不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層下的公共控制信道38-39
• 2.3 頻譜移動(dòng)性研究39-48
• 2.3.1 授權(quán)用戶工作狀態(tài)模型40-42
• 2.3.2 節(jié)點(diǎn)移動(dòng)模型42-45
• 2.3.3 頻譜移動(dòng)性特征45-46
• 2.3.4 頻譜切換策略分類46-48
• 2.4 認(rèn)知無線電圖論模型相關(guān)理論48-50
• 2.4.1 圖論基本概念48-49
• 2.4.2 認(rèn)知無線電圖論模型49-50
• 2.5 認(rèn)知無線電的學(xué)習(xí)方法及其特征50-52
• 2.6 本章小結(jié)52-53
• 第3章 基于序列跳變的公共控制信道約會(huì)算法53-71
• 3.1 引言53-54
• 3.2 公共控制信道約會(huì)系統(tǒng)模型54-56
• 3.2.1 系統(tǒng)模型54-55
• 3.2.2 時(shí)隙同步55-56
• 3.3 不定長公共控制信道約會(huì)算法設(shè)計(jì)方案56-58
• 3.4 不定長信道跳變序列的MTTR性能理論分析58-61
• 3.5 不定長公共控制信道約會(huì)算法性能仿真與分析61-70
• 3.5.1 仿真參數(shù)與性能評(píng)估指標(biāo)61-62
• 3.5.2 對(duì)稱模型下性能仿真與分析62-65
• 3.5.3 非對(duì)稱模型下性能仿真與分析65-70
• 3.6 本章小結(jié)70-71
• 第4章 移動(dòng)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜可用性預(yù)測(cè)算法71-94
• 4.1 引言71-72
• 4.2 移動(dòng)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型72-76
• 4.3 頻譜可用性理論分析76-80
• 4.3.1 支持向量機(jī)原理76-78
• 4.3.2 聯(lián)合特征向量提取78-80
• 4.4 頻譜可用性聯(lián)合預(yù)測(cè)機(jī)制80-83
• 4.5 頻譜可用性預(yù)測(cè)算法性能分析83-93
• 4.5.1 仿真參數(shù)設(shè)置83-84
• 4.5.2 預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率性能仿真與分析84-89
• 4.5.3 預(yù)測(cè)漏檢率性能仿真與分析89-93
• 4.6 本章小結(jié)93-94
• 第5章 基于預(yù)測(cè)的頻譜分配與頻譜切換算法94-115
• 5.1 引言94-95
• 5.2 系統(tǒng)模型與干擾限制分析95-99
• 5.2.1 系統(tǒng)模型與效用函數(shù)95-97
• 5.2.2 認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間的干擾限制分析97-99
• 5.3 基于預(yù)測(cè)的頻譜分配算法99-101
• 5.4 基于預(yù)測(cè)的頻譜切換算法101-103
• 5.5 性能仿真與分析103-114
• 5.5.1 仿真參數(shù)設(shè)置103-104
• 5.5.2 頻譜分配算法性能仿真分析104-109
• 5.5.3 頻譜切換算法性能仿真分析109-114
• 5.6 本章小結(jié)114-115
• 結(jié)論115-117
• 參考文獻(xiàn)117-132
• 攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的論文及其他成果132-135
• 致謝135-136
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷136

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本文編號(hào)：587039