認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中公共控制信道建立與頻譜移動(dòng)性研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信用戶業(yè)務(wù)的急劇增長(zhǎng)，頻譜資源短缺越來(lái)越成為限制無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展的一個(gè)嚴(yán)峻的課題。認(rèn)知無(wú)線電被認(rèn)為是解決未來(lái)頻譜資源匱乏的一項(xiàng)最具發(fā)展前景的智能無(wú)線電技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的共同努力下，十幾年來(lái)發(fā)展日臻成熟。自認(rèn)知無(wú)線電概念被提出以來(lái)，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(wú)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(wèn)題亟待

2、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(wèn)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(wèn)題，提出了一種基于序列跳變的不定長(zhǎng)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

3、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(wú)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(wú)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

4、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(wú)疑都對(duì)認(rèn)知無(wú)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(wú)規(guī)則移動(dòng)引

5、起預(yù)測(cè)性能下降時(shí)，新的預(yù)測(cè)算法可以通過(guò)合理的調(diào)整其參數(shù)來(lái)彌補(bǔ)系統(tǒng)性能損失。
　　最后，基于移動(dòng)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的研究背景，為了在頻譜切換過(guò)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(guò)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

6、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