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60000字论文范文基于改进人工蜂群算法的认知无线电可扩展性研究

论文类型:论文范文
论文字数:60000字
论点:频谱,认知,频段
论文概述:

认知无线电技术是一种新的通信技术,提供认知用户以机会方式使用授权频段的能力。在认知无线电网络中,频谱感知是认知无线电系统的基本功能

论文正文:

第一章线程理论

人们已经使用了3G、WIFI、WiMAX等无线网络。在大规模上,使得频谱资源越来越紧张。虽然一些复用技术可以提高频谱利用率,但这些技术不能从根本上解决现实生活中人们对频谱的过度需求问题。认知无线电技术是为缓解频谱资源短缺和利用率低而提出的一种智能通信技术。其核心思想是非授权用户有能力发现空空闲频谱并合理利用,即非授权用户(认知用户)可以使用空授权频谱的空闲频谱,而不影响授权用户(主用户)在授权频段内的正常通信。本文研究了基于智能优化算法的认知无线电协作频谱感知和频谱分配技术,以增强认知无线电协作频谱感知能力,提高系统网络效率和用户间公平性,提高频谱利用率。

1.1项目背景和研究意义
在这种固定分配策略下,如果某个频带授权给某个用户,则其他用户不能使用该频带。这种分配策略具有实施和管理方便的优点,但也导致了[1]授权频谱资源利用率低的问题。以美国为例,联邦通信委员会(Federal communication s Commission)提供的数据显示,授权频段内的资源利用率为15%~85%,[2]。另一方面,随着网络技术的发展,大多数网络技术使用未经许可的频带进行通信,未经许可的频带占用很少的频谱资源,这使得未经许可的频带过于拥挤,降低了无线通信服务的服务质量。显然,目前的固定频谱分配策略使得频谱利用率极不平衡,这也是频谱利用率低的原因之一。认知无线电的概念最初是由约瑟夫·米托拉博士在1999年[3]提出的。
在认知无线电网络中,使用授权频带的用户被称为“授权用户”;偶然访问授权频带并具有认知能力的用户被称为“未授权用户”。认知无线电的基本思想是认知用户能够以机会主义的方式接入空空闲授权频带,而不会对授权用户造成有害干扰,从而实现频谱资源的有效利用。当授权用户再次使用授权频带时,认知用户必须及时退出该频带,并寻找其他空空闲频带[4]。从图1-1可以看出,动态频谱接入过程是指:在频谱感知技术发现频谱空空洞后,认知用户使用频谱空空洞进行通信,持续感知授权频谱中授权用户的重新出现,及时退出,跳转到其他空空闲频段,而不影响该频段中授权用户的正常使用。国际组织
IEEE于2004年11月成立了IEEE802.22工作组,以基于认知无线电技术[5]制定接口标准in 空。其目的是利用认知无线电技术使用频谱范围为4.85兆赫-223兆赫的甚高频频带和470兆赫-806兆赫的超高频频带作为带宽接入的频带,使具有感知能力的认知用户能够通过感知授权频谱获得空空闲授权频带,并合理利用以提高频谱利用率。迄今为止,认知无线电技术已广泛应用于军事网络[6号、应急网络[7号、租赁网络[8号]和网状网络[9号)等领域。由于认知无线电技术的强大应用潜力,世界各地的标准化组织、频谱控制部门和研究机构都对认知无线电技术进行了相关研究。
认知无线电技术是一种智能频谱共享技术,可以与无线局域网、个人局域网等网络技术相结合。通过实时调整内部参数,可以实现系统的高可靠性通信和频谱资源的有效利用[1】。这种智能认知无线电通信技术包括以下三项关键技术:
(1)频谱感知认知用户在访问授权频谱[10]时比授权用户具有更低的优先级。实现认知无线电技术的前提是,认知用户接入授权频段时,不会对授权用户产生有害干扰,影响授权用户的正常通信。在认知无线电网络系统中,如果授权用户和认知用户都包括在内,则授权用户都知道认知用户的存在,因此当认知用户想要使用授权频带进行通信时,他们必须持续感测授权频带并及时调整传输参数[11]。频谱感知的主要功能是通过识别授权用户是否在连续使用授权频带来发现空空闲的授权频谱资源。
(2)频谱分配提高频谱利用率的关键是如何在认知用户中合理分配可用的授权频带[13]。在通过光谱感测获得光谱的相关信息之后,通过使用感测信息[4来分析和确定光谱。也就是说,在获得空空闲频谱后,分析这些频谱,根据用户当前的业务需求确定传输过程中的数据速率、带宽等参数,然后根据频谱分配机制将空空闲频谱合理分配给认知用户[15]。

1.2国内外研究现状……12-18
1.2.1光谱传感1的研究现状……3-16
1.2.2频谱分配的研究现状……16-18[/溴/] 1.3本文的主要研究内容是……18-20
第2章认知无线电频谱感知与分配技术研究……20-30
2.1合作频谱感知技术研究……20-24
2.2认知无线电频谱分配研究……24-28 [/BR/] 2.2.1认知无线电频谱分配模型分析……24-27
2.2.2认知无线电频谱分配困难分析……27-28 [/BR/] 2.3合作频谱感知算法和频谱分配策略的设计思想……28-29 [/BR/] 2.4本章概述……29-30
第3章合作频谱感知……基于MABC算法的30-43 [/BR/] 3.1合作频谱感知模型……30-32 [/BR/] 3.2改进的人工蜂群(MABC)算法……32-37
3.2.1蜜蜂的真实行为……32-34 [/BR/] 3.2.2人工蜂群算法……34-36 [/BR/] 3.2.3改进的人工蜂群算法……基于改进人工蜂群(MABC)算法的36-37
3.3合作频谱感知方法.......37-39
3.4算法仿真和结果分析……39-42
3.5本章概述……42-43
第四章基于数模混合算法的认知无线电频谱分配……43-56 [/BR/] 4.1图论频谱分配基本模型……43-44
4.2认知无线电频谱分配……44-50 [/BR/] 4.2.1基于数模混合算法的可行解码方法……45-46
4.2.2基于数模混合算法的认知无线电频谱分配.......46-50[/溴/] 4.3基于数模混合算法的频谱分配方法性能分析……50-55
4.4本章概述……55-56

结论

认知无线电技术是一种新的通信技术,它为认知用户提供了以机会主义方式使用授权频带的能力。在认知无线电网络中,频谱感知是认知无线电系统的基本功能,检测的准确性决定了认知无线电系统能否正常工作,频谱分配方案的合理性直接影响频谱利用的效率。本文对协作频谱感知算法和频谱分配方案进行了研究,研究结论如下:
(1)在仔细研究认知无线电系统的基础上,首先分析了现有协作频谱感知算法的优缺点,指出融合策略的研究是协作频谱算法设计的难点;其次,分析了现有的频谱分配方案,指出频谱分配方案的难点在于实际网络的复杂性和动态性。
(2)针对当前协同频谱感知算法检测概率低的问题,提出了一种基于改进人工蜂群算法的协同频谱感知方法。首先,提高了人工蜂群算法的优化性能,提高了算法的收敛精度和收敛速度。其次,融合中心利用每个节点检测概率的加权和获得全局检测结果。结果验证了基于改进人工蜂群算法的协同频谱感知方法的有效性。
(3)针对现有频谱分配算法中网络效率低、认知用户不公平的问题,设计了一种基于动态加速种群自适应人工蜂群算法的频谱分配机制。将频谱分配矩阵与动态加速种群自适应蜂群算法中的可行解相结合,进行迭代优化,得到最优分配矩阵。仿真结果证明,基于动态加速种群自适应人工蜂群算法的认知无线电频谱分配机制能够提高系统的网络效益,同时保证认知用户之间的公平性。