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50000字论文范文认知无线电系统中有色频谱资源利用率分析

论文类型:论文范文
论文字数:50000字
论点:频谱,无线电,算法
论文概述:

目前认知无线电的应用还处在起步阶段,但认知无线电技术对未来的频谱资源使用是一项不可或缺的技术。能否有效的使用动态变化的频谱资源是决定认知无线电系统性能的关键

论文正文:

第一章简介

随着无线通信技术的发展,频谱资源变得特别紧张。越来越多的人通过无线局域网技术和无线个人局域网技术无线接入互联网。这些网络技术大多工作在未经许可的频段,可用的频谱资源非常有限。然而,研究发现大多数授权频谱资源的利用率非常低。为了解决频谱资源短缺的问题,提高现有频谱的利用率,一些学者提出了认知无线电的概念。其基本出发点是使具有认知功能的无线通信设备以机会主义的方式在“频谱空孔中工作,未授权用户的接入不会对授权频带内的用户通信造成干扰。认知无线电的核心思想是使无线通信设备能够找到“频谱空漏洞”并合理利用它们。

1.1课题研究背景
无线通信不断向宽带、无缝、智能化方向发展,人们不能面对的一个问题是频谱资源的严重短缺。传统的无线资源是基于特定通信服务专用频谱的固定分配,这经常导致频谱资源分配不均,甚至浪费。这与当前对频谱资源短缺的普遍关注相矛盾(1)。目前,固定频谱分配系统将频谱分为授权频带和非授权频带。大多数频谱资源被用作授权频带,而未授权频带中的频谱资源要少得多。例如,许多国家几乎已经完成了可用频谱资源的分配,留给新系统、服务和技术的频谱很少或没有。例如,美国3kHz-300Gh2的频谱分配如图1-1 [2]所示。联邦通信委员会的研究表明,授权频谱的平均利用率在15%到85%之间,[3]。
目前,频谱管理主要存在三个矛盾:1 .频谱资源的使用是动态的,但它是固定的分配;2.频谱非常稀少,但利用率不高,并且有大量空空闲频谱资源;3.可以分配的频谱资源非常少,但对它们的需求正在增加。为了解决上述矛盾,现在最实用的方法是通过改变频谱接入平方来开放频谱使用,充分利用空空闲频谱,提高频谱使用效率。此外,如果所分配的但是空空闲频谱资源能够被利用,那么当前频谱资源的紧张状况将会大大改善。然而,开放频谱必须保护购买者的利益,并且不能干扰授权使用该频谱的服务。人们渴望找到一种新的频谱接入方法来减少这种矛盾。在不干扰授权用户的前提下,用户可以利用那些空空闲的授权频谱资源,提高授权频谱的使用效率。主要有两种现有的解决方案,如图1-2所示。一种方法是在现有通信网络的基础上采用更先进的技术,例如链路适配技术、先进的调制和编码技术以及多天线技术。二是研究共享频谱的新网络。这些频谱共享技术,如工业、科学和医疗频段的开放接入,工作频率为3GHz?对数赫兹频段的超宽带系统与传统窄带系统共存,通常应用于固定频段的共享或受发射功率限制的短程通信。然而,这些技术在提高频谱利用率的同时增加了干扰,这限制了通信系统的容量和灵活性。因此,一种新的智能频谱共享技术——认知无线电应运而生。
认知无线电的前提是软件无线电。软件无线电是由米托拉在1992年明确提出的。根据米托拉的定义I4],理想的软件无线电是能够支持多个空接口和协议的多频带无线电台。它的所有参数都是由通用处理器上的软件定义的。软件无线电是理想软件无线电的折中方案:它是在现有技术条件下,通过适当混合专用集成电路、现场可编程门阵列、数字信号处理器和通用处理器来实现的。
认知无线电是建立在软件无线电平台上的一种内容认知智能无线电。它通过在无线领域建模扩展了软件无线电的功能,并通过无线电知识呈现语言(RKRL)提高了个人服务的灵活性。它可以通过学习实现自重构,动态适应通信环境的变化。
自1999年米托拉博士首次提出认知无线电的概念以来,不同的机构和学者从不同的角度给出了认知无线电的定义[5_7],其中更具代表性的包括联邦通信委员会和著名学者海金教授给出的定义。联邦通信委员会(联邦通信委员会)认为,“认知无线电是一种可以根据与其工作环境的相互作用来改变发射机参数的无线电”,[8。海金教授认为认知无线电是一种智能通信系统,可以从信号处理的角度识别外部通信环境[9]。认知无线电系统通过学习、对外部环境变化的持续认知以及自身内部通信机制的自适应调整来实现对环境变化的适应,从而达到提高系统稳定性和提高频谱资源利用率的目的。一般来说,认知无线电是一种智能无线通信系统。通过了解和学习周围的无线环境,实时调整内部配置,以适应外部环境的变化。
认知无线电系统首先分析外部无线环境的射频激励,然后调整内部配置,实现对外部环境变化的自适应,从而提高频谱利用率和通信质量。目前,认知无线网络已经成为国际标准化组织、研究机构和大学广泛关注的焦点。各国投入了大量资金,建立研究计划和项目,对其进行研究。

1.2国内外研究现状……14-18
1.3本文内容安排在……18-20
第二章认知无线电架构和频谱分配……20-25
2.1认知无线电网络架构……20-21[/比尔/] 2.2认知无线电频谱分配模型……21-24 [/BR/] 2.2.1图形着色模型……21-22
2.2.2博弈论模型……22-23 [/BR/] 2.2.3拍卖招标模式……23-24 [/BR/] 2.3本章概述……24-25
第3章:基于列表着色的频谱分配算法……25-44 [/BR/] 3.1图形着色模型的数学建模……25-28 [/BR/] 3.2列表着色算法……28-30
3.2.1分布式贪婪算法……28 [/BR/] 3.2.2分布式公平算法……28-30[/比尔/] 3.3加权频谱分配算法……30-36 [/BR/] 3.4基于需求的改进加权分布式贪婪算法……36-43 [/BR/] 3.4.1提议理由……36-37 [/BR/] 3.4.2改进算法的原理及实现过程……37-40
3.4.3模拟结果和分析……40-43
3.5本章概述……43-44
第四章基于敏感着色的频谱分配算法……44-55
4.1敏感着色算法……44-50 [/BR/] 4.1.1算法原理和过程……44-48 [/BR/] 4.1.2模拟结果和分析……48-50
4.2基于用户需求的改进敏感着色算法……50-53 [/BR/] 4.2.1改进算法建议背景……50 [/BR/] 4.2.2算法原理和过程……50-51
4.2.3两种改进算法的仿真结果与分析比较……51-53
4.3……53-54 [/BR/] 4.4本章概述……54-55

结论

随着频谱资源的日益短缺,人们提出了许多解决方案,其中认知无线电是解决这一问题的技术之一。目前,认知无线电的应用仍处于起步阶段,但认知无线电技术是未来频谱资源利用不可或缺的技术。动态频谱资源能否得到有效利用是决定认知无线电系统性能的关键,因此频谱分配方案是认知无线电的一项重要技术,具有重要的研究意义。总体而言,本文的主要工作包括以下几个方面:
1。再现了基于列表着色(DGA)和分布式公平算法(DFA)、加权分布式贪婪算法(WDGA)和加权分布式公平算法(WDFA)的分布式贪婪算法。DGA和DFA算法的目标是获得在现有干扰约束下分配的最大频带数。但是,WDGA和WDFA结合了信道权重,更适合实际网络环境。本文详细介绍了这四种算法的原理和流程。并通过仿真进行了验证。
2。提出了一种基于用户需求的改进加权分布式贪婪算法。该算法是针对WDGA算法提出的,没有考虑到每个用户的不同需求。基于用户需求的改进加权分布式贪婪算法结合了用户需求的因素,有助于提高频谱利用率,更大程度上满足用户需求。本文详细介绍了该算法的原理和流程。仿真结果表明,该算法有效提高了用户满意度和频带利用率,但增加了系统的时间成本。