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60000字论文范文基于感知信息的认知无线电分析

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

在无线通信技术飞速发展的今天,认知无线电技术在解决用户数量大、需求高与可用频谱拥挤之间矛盾的过程中起到了重要的作用。

论文正文:

第一章线程理论

1.1研究背景和意义
从无线通信技术的发展过程来看,无线网络是从早期的窄带低速分布式广域网发展到现在的蜂窝移动通信网络。随着无线技术的发展和无线用户数量的增加,人们对无线网络的研究已经缩减到几米甚至更少。用户数量的增加和高带宽需求使得已经有限的可用频谱越来越紧张。通过采用空频分复用或频谱共享等措施提高频谱利用率,可以从根本上改善这种情况。此外,无处不在的无线网络[1]的出现使得每个无线设备不可能与它周围的无线设备完全隔离。只有当这些用户相互合作时,每个无线设备的潜力才能得到充分发挥,[2]。
近年来,国内外学者对认知无线电和协作通信网络进行了广泛的研究,以实现未来的智能无线移动通信网络。无线通信的媒介是频谱资源,它可以分为两部分。一部分是授权频谱,即分配给广播电视、军事、医疗等特殊用途的频带;另一部分是未经许可的频谱,无线设备可以随意访问。然而,随着无线设备数量的增加,未许可频谱非常拥挤,并且许可频谱的利用率不是很高。这是因为授权用户的访问时间相对集中,导致授权频谱中有很多空空闲周期,即“频谱空孔[3]”。认知无线电技术以动态频谱接入为起点,利用这些“频谱空孔”来提高无线频谱的效率。认知无线电技术的研究包括频谱检测、频谱管理和频谱共享。其中,有效的资源分配算法对提高频谱利用率和认知无线电技术的应用起着非常重要的作用。此外,在认知无线电的研究中引入合作合作的思想,可以进一步提高网络资源的利用率,扩大网络覆盖范围,充分发挥各种无线设备的功效。当然,认知用户对空空闲频谱的利用需要基于对频谱的感知。只有通过获得频谱的准确感知信息,才能在有效利用空空闲频谱的同时减少或避免对授权用户的干扰。因此,研究基于感知信息的资源分配算法对于认知无线电技术的研究具有重要的理论意义。

1.2研究现状
认知无线电自约瑟夫·米托洛博士于1999年提出以来,已引起各界的广泛关注。它从理论到实际应用都有了很大的突破和发展。国际电联成立了一个专门的工作组来研究认知无线电技术。位于空的接口标准化组织IEEE 802.22工作组成立于2004年11月,是世界上第一个基于认知无线电技术的工作组。其主要目的是利用认知无线电的相关技术,在分配给无线电和电视的固定甚高频/超高频频带中使用空空闲时间作为通用宽带接入[4]。IEEE还专门组织了IEEECrownCom和IEEE DySPAN来交流认知无线电的研究成果。近年来,中国通信标准协会也在研究和制定相关的频谱政策。国内主要大学和研究机构正在逐步开展无线频谱管理及相关技术的研究。在这些组织和项目的共同影响和推动下,认知无线电技术在基础理论和标准化实现[5]方面取得了丰富的理论和应用成果。接下来,基于本文的研究方向,分析了认知无线电网络资源分配的研究现状。
1.2.1认知无线电网络资源分配
根据国际电联对认知无线电网络的定义,认知无线电网络具有以下功能:允许网络中的用户获得关于周围环境、网络内部信息以及网络已经形成的通信策略的信息;根据这一信息,网络可以对其内部参数和协议进行及时和动态的调整,以满足预定的要求,并且可以根据[6]的结果进行自我学习。上述功能的实现需要有效的资源分配算法。认知无线电系统的资源分配算法一方面最小化对授权用户的干扰,另一方面保证认知用户的服务质量。文献[7]旨在最大化认知用户的信噪比和信道容量,提出了一种基于软感知信息的认知无线网络功率控制算法,并获得了最优的功率分配策略。文献[8]分析了认知无线电网络中频谱感知误差对用户通信的影响,并提出了频谱感知和信道接入的联合设计机制。文献[9]将认知无线电网络中的动态频谱接入过程建模为连续时间马尔可夫模型,并提出了随机接入协议。文献[10]考虑了认知无线电网络垂直共享模式下的功率控制问题,量化了认知用户传输功率对频谱接入机会和概率检测可靠性的影响,得到了频谱机会概率的变化规律。文献[11]考虑了包括认知用户和多个授权用户的多信道认知无线电网络。对于对时间延迟敏感的网络,认知用户的分组被分配到满足非延迟约束的信道的一部分。
上述文件侧重于无冲突分配和最大频谱利用率,忽略了不同用户的服务质量要求和资源分配的公平性。为了解决这个问题,文献[12]将图形模型与频谱质量分类方法相结合,并提出了一种面向用户需求的频谱分配算法。然而,根据每个节点的速度和需求,文献[构建了目标函数,设计了网络资源分配算法,实现了节点间资源分配的比例公平。

1.3本文研究动机1..............................4-16
1.3.1基于感知信息的认知无线电网络资源分配.........15
1.3.2具有感知信息的认知合作中继网络资源分配……15-16[/比尔/] 1.4本文件的结构如下..............................16-17
第2章基于感知信息的认知无线电网络频谱调度..............................17-29[/ Br/] 2.1导言..............................17
2.2频谱感知模型..............................17-19
2.3载带调度模型及算法实现..............................19-21
2.3.1载带调度模型..............................19-21 [/BR/] 2.3.2载带调度算法实现..............................21 [/BR/] 2.4网络性能分析..............................21-23
2.5数值模拟..............................23-28
2.6本章概述..............................28-29
第3章基于正交频分多址的认知无线电网络功率和载波协作分配……29-38
3.1导言..............................29
3.2认知无线电网络模型..............................29-31
3.3优化问题描述和解决方案..............................31-35
3.3.1认知用户网络吞吐量..............................31-32
3.3.2资源分配问题..............................32-33
3.3.3..............................33-35 [/BR/] 3.3.4功率和副载波磁带协作分配实现算法..............................35[/比尔/] 3.4数值示例..............................35-37
3.5本章概述..............................37-38
第4章合作社..............................38-51
4.1导言..............................38-39
4.2基于感知的认知中继网络模型..............................39-43[/比尔/] 4.3认知中继网络中的功率分配..............................43-46 [/BR/] 4.3.1优化问题的描述..............................43-44[/ Br/] 4.3.2最佳功率分配..............................44-46
4.3.3算法实施流程..............................46
4.4感知信息对资源分配的影响..............................46-47[/溴/] 4.5数值模拟..............................47-50
4.6本章概述..............................50-51

结论

今天,随着无线通信技术的飞速发展,认知无线电技术在解决用户数量大、需求高和可用频谱拥挤之间的矛盾方面发挥着重要作用。资源能否得到合理有效的利用,网络吞吐量的分配能否平衡,是制约该技术发展的重要因素之一。此外,宽范围无线覆盖是未来无线通信的发展趋势,也是认知无线电技术面临的挑战。因此,合作认知无线电网络是发展的必然。本文针对目前认知无线电网络资源分配研究的热点问题,主要做了以下三个方面的研究工作:
(1)考虑到认知用户自身的吞吐量需求和资源分配的公平性要求,提出了一种基于载带可用性置信度和认知用户需求的载带调度机制。该机制根据认知用户的最小吞吐量需求直接向用户分发载带,避免了高置信度地向同一用户分发载带。通过对网络性能参数的分析和仿真比较,可以看出该机制比以往的载波磁带随机调度算法更容易实现,不仅满足了用户的需求,而且平衡了用户在网络中获得的吞吐量。
(2)针对现有频谱感知和频谱调度联合跨层优化算法中吞吐量受限的问题,将认知网络用户的吞吐量分为两部分,使得当授权用户存在时,认知用户以小于干扰温度阈值的固定功率进行传输。通过求解功率和载带协同分配的优化问题,得到最优资源分配策略。仿真结果表明,网络吞吐量得到了显著提高。