基于dsp的認(rèn)知無(wú)線電通信盟設(shè)計(jì)

1、1基于DSP的認(rèn)知無(wú)線電通信盟設(shè)計(jì)作者：崔龍專(zhuān)業(yè)：通信工程指導(dǎo)教師：楊震指導(dǎo)單位：通信與信息工程學(xué)院摘要：要：本論文課題源于導(dǎo)師的國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）“基于聯(lián)盟博弈認(rèn)知模型的動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)研究”（編號(hào)：2009AA1Z241）。針對(duì)現(xiàn)有的認(rèn)知次用戶(hù)間多采用非合作的協(xié)議方式進(jìn)行通信的模式，本文研究并實(shí)現(xiàn)了一種運(yùn)用聯(lián)盟博弈思想基于DSP的認(rèn)知無(wú)線電通信盟設(shè)計(jì)。目前基于博弈論的認(rèn)知無(wú)線電研究多側(cè)重非合作博弈，而合作博弈則具有

2、能使博弈各方整體收益最大化的優(yōu)點(diǎn)，所以本文首先引入了聯(lián)盟博弈的思想，提出了一種基于RSSI類(lèi)蜂窩式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的通信盟模型，并將最大化系統(tǒng)吞吐量作為數(shù)學(xué)模型的求解目標(biāo)，隨后設(shè)計(jì)出了基于離散隨機(jī)逼近的通信盟頻譜調(diào)度算法并聯(lián)合注水算法共同求解，算法定義了通信聯(lián)盟盟內(nèi)和盟間的接入方式和通信協(xié)議，最后利用聯(lián)盟形成博弈理論中的和??hpDT準(zhǔn)則分析了算法的穩(wěn)定性。??CDT基于上述算法又設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了聯(lián)盟博弈下的通信盟軟硬件DSP平臺(tái)。模擬了整個(gè)通信盟

3、場(chǎng)景，設(shè)計(jì)了平臺(tái)架構(gòu)和系統(tǒng)軟硬件模塊，編寫(xiě)了通信盟算法實(shí)現(xiàn)程序，并在VC平臺(tái)下設(shè)計(jì)了通信盟上位機(jī)交互演示界面，成功驗(yàn)證了所提出的算法。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：認(rèn)知無(wú)線電；聯(lián)盟博弈；通信結(jié)盟；隨機(jī)逼近；RSSI一、緒論一、緒論無(wú)線電頻譜是一種非常寶貴的資源，但隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和科技的日新月異以及物聯(lián)網(wǎng)的飛速普及，無(wú)線頻譜資源卻越來(lái)越緊張。在這種背景下，認(rèn)知無(wú)線電(CognitiveRadioCR)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，CR技術(shù)通過(guò)在時(shí)間和空間上充分利用

4、空閑的頻譜資源，從而可以有效的緩解或解決上述頻譜資源緊張的情況。聯(lián)盟博弈(CoalitionGame)理論主要研究多個(gè)參與者組成的聯(lián)盟，協(xié)調(diào)參與者彼此策略的制約或懲罰機(jī)制以便于聯(lián)盟的形成，根據(jù)參與者個(gè)體和網(wǎng)絡(luò)整體需要，組成動(dòng)態(tài)的部分用戶(hù)聯(lián)盟，以減少網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，實(shí)現(xiàn)頻譜資源共享。本課題的硬件實(shí)現(xiàn)采用TI公司OMAP（OpenMultimediaApplicationsPlatfm）系列的OMAP5912雙核處理器DSP。該OMAP平臺(tái)在同一

5、硅片上無(wú)縫集成一個(gè)ARM9處理器、一個(gè)TMS320C55x?DSP以及PDT專(zhuān)用外設(shè)，平臺(tái)具有可擴(kuò)展、靈活而開(kāi)放的構(gòu)架，長(zhǎng)期以來(lái)一直以最佳性能和極低功耗而著稱(chēng)。OMAP5912平臺(tái)為本課題的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)強(qiáng)大的軟硬件基礎(chǔ)。二、聯(lián)盟博弈思想下基于二、聯(lián)盟博弈思想下基于RSSIRSSI的類(lèi)蜂窩式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的通信盟設(shè)計(jì)的類(lèi)蜂窩式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的通信盟設(shè)計(jì)在本文設(shè)計(jì)的認(rèn)知無(wú)線電通信系統(tǒng)中，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)通過(guò)結(jié)盟設(shè)立一級(jí)基站管理、二級(jí)盟主管理的分層管理模式，優(yōu)

6、化了系統(tǒng)的信令開(kāi)銷(xiāo)，使得認(rèn)知節(jié)點(diǎn)可以使用較少的功率直接和盟主交互信令而不需每次與基站進(jìn)行信令交互。通過(guò)建立用戶(hù)業(yè)務(wù)觸發(fā)的機(jī)制，系統(tǒng)的3退盟原則：退盟原則：對(duì)于包含某些聯(lián)盟或者個(gè)體用戶(hù)的集合的大聯(lián)盟，??123kSSSS，，……1kjjS??定義退盟原則條件：(4)min111SSRSSIRSSI(S)(S)(S)(S)(S)iikkjijjjjiiivvvvv??????????????????盟主更新原則：盟主更新原則：系統(tǒng)定時(shí)一個(gè)時(shí)

7、間段T，每隔T時(shí)間，盟內(nèi)各用戶(hù)（包括盟主）依次順序收集各個(gè)盟成員的RSSI值并計(jì)算總和，選擇總和最大的作為新盟主并廣播通知RSSIii?各個(gè)盟內(nèi)成員。為了更好的進(jìn)行頻譜調(diào)度，我們提出頻譜分級(jí)的概念。將作為聯(lián)盟中使用頻點(diǎn)nnTll所獲得的分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)越高代表頻譜級(jí)別越高，使用該頻點(diǎn)時(shí)通信效率越高。(5)|S|Tn=12N=12LInlnlnl?????上式中代表聯(lián)盟中使用頻點(diǎn)n時(shí)的吞吐量，代表盟內(nèi)成員總數(shù)，B為信道帶nTll|S|寬，P是聯(lián)盟

8、的總功率，代表聯(lián)盟中使用頻點(diǎn)n的平均噪聲。定義傳輸模式的得分集2nl?l合T()[(1)(2)..TTTT.(N)]llll?離散隨機(jī)逼近算法過(guò)程簡(jiǎn)述如下：1.初始化：，隨機(jī)選擇傳輸模式并初始化設(shè)定概率向量P，根m1?(m)I()^()mmII?據(jù)隨機(jī)逼近算法，定義初始隨機(jī)選擇的頻譜的概率為1，在數(shù)值上反應(yīng)為：，(0)PI?2.采樣和賦值：給定，計(jì)算對(duì)應(yīng)的，均勻的選擇另一個(gè)候選的(m)I()()mmI?，計(jì)算對(duì)應(yīng)的。()~()mmII?

9、?()~(m)mI?3.接受：如果，則設(shè)定；否則設(shè)定；()~()(m)(m)mmII???()~(1)mmII??(1)(m)mII??4.自適應(yīng)濾波器用于更新動(dòng)態(tài)信息序列。通過(guò)更新?tīng)顟B(tài)占用概率；(m1)()[I(1)()]01ppmmpm?????????5.在當(dāng)前迭代更新最優(yōu)解的估計(jì)：如果，則設(shè)定????^1(1)1()(1)(1)mmpIpI????；否則設(shè)定；(m1)^(m1)II???(m1)(m)^^II??6.，到步驟(2

10、)。到達(dá)給定迭代逼近次數(shù)或達(dá)到給定運(yùn)算時(shí)間時(shí)算法結(jié)束。1nn??n設(shè)計(jì)的盟成員接入方式分為分布式盟主控制的單頻帶分時(shí)隙聯(lián)盟博弈方式和分布式基站控制的多頻帶分時(shí)隙聯(lián)盟博弈形式，其中前者又分為盟主受通信業(yè)務(wù)觸發(fā)機(jī)制下的動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配和各個(gè)認(rèn)知用戶(hù)通過(guò)搶占競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。我們引入缺陷函數(shù)（DefectionFunction）即D函數(shù)中的兩個(gè)重要的缺陷函數(shù)：和分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，得到其達(dá)到收斂的要求。??hpDT??CDT通過(guò)建立MATLA