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60000字论文范文基于改进遗传算法的无线电序列检测算法研究

论文类型:论文范文
论文字数:60000字
论点:频谱,算法,无线电
论文概述:

认知无线电技术是是一种能够灵活利用当前未占用频段的无线通信新技术,其目标为解决日益严重频谱匮乏问题。

论文正文:

第一章简介

1.1认知无线电的特点
由于无线通信的业务需求和无线通信设备数量的快速增长,当前频谱资源越来越紧张。人们通过自适应编码、自适应调制、多天线技术和多载波技术等技术提高了频谱效率。然而,目前的研究表明,传统的静态频谱利用策略导致频谱资源利用的严重失衡。一些未经许可的频带忙于业务,而世界各地的其他经许可的频带,尤其是一些低频带,频谱利用率极低,[1]。
联邦通信委员会在其研究报告中指出了上述问题。根据国家无线电网络研究试验台(nrnrnrnrt)项目的测量报告,3千兆赫以下频谱的平均利用率仅接近5.2%[2]。因此,近年来,能够提高频谱资源利用率的频谱共享技术受到了广泛关注,成为通信领域的热点问题。现有的频谱共享技术,如工业、科学和医学(ISM)频带开放接入、超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)系统与传统窄带系统和其他技术共存,一般用于共享固定频带或传输功率有限的短程通信。虽然这些技术可以在一定程度上提高频谱效率,但也会增加系统干扰,影响通信系统的容量提高和灵活性。
认知无线电(CR) [3] [41]依靠智能分配算法的支持,可以感知外部无线环境,根据用户的不同需求通过学习和决策来改变无线终端的工作参数,动态检测和利用空空闲频谱。CR允许在时间、频率和空上进行频谱复用,大大减少了频谱对无线设备应用的限制[5]。作为一个能够感知外部环境的智能系统,华润的核心理念是通过检测空空闲状态的频谱,将空空闲频带分配给其他需要通信的用户,而不影响授权用户的正常工作,从而更有效地利用频谱。这是通过智能频谱管理解决频谱资源短缺的最有效的系统[6]。CR会根据对周围无线环境的感知自动更改发送和接收参数。它的认知功能主要依靠自己的主动频谱感知能力,并基于智能算法与其他用户合作[7】。认知无线电设备的两个主要特点如下:
(1)认知能力(Cognitive capacity)使认知无线电终端能够从它们工作的环境中获得信息,这可以检测一些频带的功率并获得无线电环境的变化,以避免对其他用户的干扰。通过频谱检测[8]选择合适的频带和工作参数。这种能力可以用图1-1所示的认知环来解释。频谱感测链路检测无线环境,找到频谱空孔,并感测授权用户是否存在。频谱分析环节判断频谱特性空;频谱决策链路根据用户要求和频谱特性空选择合适的工作参数。
(2)重新配置能力使通信终端能够根据无线环境的变化改变自己的参数,从而允许它们使用不同的传输方案来发送和接收数据。CR终端可以重新配置的参数包括工作频带、滚降系数、调制模式、传输功率等。重建的主要目的是利用空空闲频谱,在不干扰频谱授权用户的前提下,为认知用户提供数据传输信道。一旦授权用户使用该频段,CR终端必须进行更改,以确保授权用户的正常操作,可通过以下两种方式进行重构:1 .切换到其他频道;2.更改传输参数以避免对授权用户的干扰。

1。2代认知无线电
随着无线技术的发展,当前无线通信领域中多种通信构成并存,单纯基于硬件的无线通信系统难以适应这种情况。为了克服这个缺点,米托拉博士首先提出了软件定义无线电(Software Defined Radio,SDR)的概念,即通过建立通用硬件平台,通过软件控制实现无线通信中的各种参数,从而提高系统的兼容性和开放性。随着科技的发展,人们对无线电设备提出了更多的要求:1 .具有足够的适应性,实现与其他技术的共存;2.它可以用作使用不同技术的网络之间的网络管理。3.可以自动找到可用的频谱,并且可以配置系统参数来工作。软件无线电技术可以满足前两点的要求。为了满足第三点的要求,米托拉提出了CR [3] [4]的想法。华润引入智能算法,可将软件无线电对预定需求的盲目执行转化为根据无线环境和用户需求智能调整通信参数,更好地满足用户需求。

1.3内容安排
本文主要研究认知无线电中的两项关键技术。研究了现有协同频谱检测中的数据混淆攻击,改进了顺序检测算法的不足,引入了恶意用户消除和CR终端权重分配。同时,根据认知无线电的重构能力,采用遗传算法优化认知无线电系统的参数。针对现有遗传算法容易陷入局部最优的缺点,引入了自适应函数变换和自适应交叉变异概率。

第二章频谱感知技术和遗传算法...................14-28
2.1光谱传感技术简介...................14-15
2.2单节点检测...................15-18
2.3基于接收器信号的检测...................18-20[/比尔/] 2.4合作传感...................20-23[/比尔/] 2.5多目标优化算法简介...................23-25
2.6基本遗传算法...................25-27
2.7本章概述...................27-28
第3章恶意用户拒绝顺序检测算法...................28-42
3.1认知无线电网络的安全要求...................28-30
3.2认知无线电网络的安全威胁...................30-32
3.3恶意攻击防御机制...................32-33[/溴/] 3.4合作感知系统模型...................33
3.5恶意用户拒绝检测的顺序似然比...................33-35
3.6模拟结果和分析...................35-41
3.7本章概述...................41-42
第四章基于遗传算法的认知无线电参数优化...................基于遗传算法的42-58
4.1认知引擎模型...................42
4.2射频环境下认知无线电的参数优化...................42-43
4.3基于遗传算法的认知无线电参数优化算法设计...................43-49
4.4参数优化算法的改进...................49-52 [/BR/] 4.5模拟和性能比较...................52-57 [/BR/] 4.5.1模拟...................基于简单遗传算法的52-54
4 . 5 . 2基于改进遗传算法的性能仿真...................54-57 [/BR/] 4.6本章概述...................57-58

结论

认知无线电技术是一种新的无线通信技术,能够灵活利用当前未被占用的频带,其目标是解决日益严重的频谱短缺问题。认知无线电的重要特征是感知外部频谱的占用率,以便进行频谱分配和重用,并根据通信环境和用户要求重新配置通信参数,以实现最佳的通信性能。针对这一问题,国内外许多科研机构进行了大量的研究,并取得了良好的成果。
由于认知无线电的灵活性和无线通信的固有特性,CRN极易受到恶意用户干扰,导致系统性能下降。在频谱感知过程中,如果有恶意用户,对网络进行总是-是攻击、总是-否攻击或概率攻击,这将极大地影响频谱感知的准确性。当恶意攻击用户数量较少时,采用顺序检测的检测精度会提高,但随着恶意用户数量的增加,其性能会下降。因此,本文介绍了一种具有恶意用户消除功能的权重序列检测算法。使用该算法,在三种攻击下检测精度高,不会导致检测所需样本数量的增加。
然而,改进的算法只对每个用户提交的结果进行聚合,以获得信道占用信息,然后对聚合中心记录的每个用户的检测结果分配权重,以消除检测结果中误差较大的用户。使用该算法,恶意用户不能被排除在系统之外,但他们的检测结果会被忽略。