面向服務質量保障的認知無線電核心技術研究.pdf

1、無線電頻譜(以下簡稱頻譜)是無線通信中一種稀缺而又寶貴的自然資源，已開發(fā)出來的頻譜絕大部分已分配。隨著無線通信業(yè)務的快速發(fā)展，頻譜需求迅速增長，致使頻譜資源緊缺問題更加突出，成為制約無線通信發(fā)展的新瓶頸。認知無線電(CR)技術因其能夠有效地解決當前無線頻譜資源緊缺問題而成為近年來無線通信領域中重要的研究熱點。CR技術的基本思想非常簡單，但其設計和實現(xiàn)卻面臨很多挑戰(zhàn)。為使認知無線電技術較好地實用化，仍需要開展大量的研究工作，尤其在面向服務

2、質量保障的核心技術方面。
　　 本文重點研究了面向服務質量保障的認知無線電部分相關核心技術，主要涉及面向服務質量保障的模型框架、頻譜預測、頻譜接入、頻譜分配、分組調度等。
　　 論文工作主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　 (1)在面向服務質量保障的模型框架方面，分析了認知無線電環(huán)境下影響服務質量保障的主要因素，探討了服務質量保證策略，設計了一種保障服務質量的動態(tài)頻譜使用模型。此模型可適應不同環(huán)境的需求，靈活性強，也可

3、以充分利用現(xiàn)有的成熟的研究成果。本文研究內容為基于此模型下的一系列關鍵技術，包括頻譜預測、接入控制、頻譜分配及調度技術等，這些研究都以服務質量保障為基本出發(fā)點。
　　 (2)在頻譜預測方面，通過對頻譜歷史信息的分析，研究了多變量灰色模型MGM和自適應的多變量灰色模型AMGM，提出了兩種適合于頻譜可用性預測的改進多變量自適應灰色模型eeAMGM和eeeAMGM。仿真結果表明，所提出的兩種模型較原模型在預測性能方面都有較大的改進，各

4、項誤差指標、精度等級、可靠性等都很好，能夠較好地用于頻譜可用性的預測。研究了信道狀態(tài)剩余時長序列的產(chǎn)生，并利用混沌與神經(jīng)網(wǎng)絡理論進行信道狀態(tài)剩余時長的預測，設計了基于混沌神經(jīng)網(wǎng)絡的的剩余時長預測模型，給出了其預測流程和預測模塊結構圖，并對其進行了性能評估，仿真結果驗證了預測模型的有效性。
　　 (3)在頻譜接入方面，采用強制優(yōu)先排隊和馬爾可夫理論對認知無線電網(wǎng)絡中的動態(tài)頻譜接入過程進行模擬建模和分析，得出了網(wǎng)絡適合次用戶(或稱為

5、認知用戶)接入的條件；在此基礎上，提出了一種針對次用戶的接納控制方案，此方案能夠根據(jù)當前頻譜資源情況和次用戶服務質量需求，白適應地對擬接入的次用戶予以接納或者拒絕，通過這種接納控制可以更好地保障次用戶的QoS要求和網(wǎng)絡的整體性能。
　　 (4)在信道分配方面，提出了一種基于最小化分配風險的信道分配模型?；诖四Ｐ瓦M一步設計了基于最小化切換風險的信道分配方案MHR。MHR統(tǒng)籌考慮了多個分配需求和包括繁忙及空閑在內的所有信道，仿真結

6、果表明，此方案能夠大大減小系統(tǒng)中因主用戶出現(xiàn)而引起的次用戶發(fā)生切換的次數(shù)，減少了切換開銷，也能夠很好地改善其他性能指標；通過對MHR中切換風險的重新定義，設計了兩種支持兩種等級的服務質量區(qū)分方案：MHR-TCS-NP和MHR-TCS-PM，其中MHR-TCS-PM中引入了搶占，MHR-TCS-NP沒有搶占，仿真結果表明，這兩種方案均能有效提高高優(yōu)先級次用戶的成功通信率，降低高優(yōu)先級次用戶的平均等待時延。其中，MHR-TCS-PM還可以更

7、有效地降低Service-I的平均等待時延及切換率等各項指標，提高其通信的成功率。
　　 (5)在認知無線電分組調度算法方面，從理論上分析了一種典型的分組調度算法M-LWDF的公平性，由分析得知，在隊首分組等待時間服從指數(shù)分布的情況下，M-LWDF的業(yè)務隊列具有相同的調度機會，而與業(yè)務類型無關；其公平性在用戶業(yè)務QoS需求一定的情況下，僅與兩隊列用戶數(shù)之比有關。提出了改進的分組調度算法EM-LWDF，EM-LWDF嚴格依據(jù)QoS