認(rèn)知無線電中基于認(rèn)知引擎的自適應(yīng)傳輸研究.pdf

1、隨著無線通信的發(fā)展，對(duì)能夠了解自身所處環(huán)境并可相應(yīng)地改變其操作模式的智能無線通信系統(tǒng)的需求越發(fā)顯著。在這一背景下，認(rèn)知無線電應(yīng)運(yùn)而生。它代表了未來無線通信系統(tǒng)的一種可能的解決方案。其目的是為了提高頻譜利用率，以解決當(dāng)前存在的頻譜利用不平衡的問題。認(rèn)知無線電系統(tǒng)的任務(wù)包括兩部分。第一部分任務(wù)為：認(rèn)知無線電設(shè)備搜索并確認(rèn)任何未被占用的頻譜。第二部分任務(wù)是通過自適應(yīng)調(diào)整發(fā)射機(jī)參數(shù)以實(shí)現(xiàn)通信的最佳模式。在假定空閑頻譜已被檢測出的前提下，本文通過

2、設(shè)計(jì)認(rèn)知無線電的智能核心——認(rèn)知引擎以使認(rèn)知無線電完成上述第二部分任務(wù)。本文緊緊圍繞認(rèn)知無線電中自適應(yīng)傳輸問題，利用信道估計(jì)、信道分類、人工智能和鏈路自適應(yīng)相關(guān)技術(shù)，通過研究設(shè)計(jì)信道認(rèn)知引擎和認(rèn)知決策引擎，以實(shí)現(xiàn)無線頻譜資源的最優(yōu)配置，從而實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)高效可靠地自適應(yīng)傳輸。
　　首先，通過分析認(rèn)知無線電中認(rèn)知引擎的決策問題可被建模為多目標(biāo)優(yōu)化問題，因此對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化理論進(jìn)行了闡述和分析。在對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化基本表示、凸、凹空間和Paret

3、o最優(yōu)化前沿研究的基礎(chǔ)上，分析了以認(rèn)知無線電為背景的多目標(biāo)優(yōu)化問題，并得出解決上述問題需用到人工智能算法和自適應(yīng)傳輸技術(shù)這一結(jié)論。在對(duì)認(rèn)知無線電中人工智能的研究基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了智能優(yōu)化算法。同時(shí)，在對(duì)自適應(yīng)傳輸基本理論和物理層自適應(yīng)技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)。
　　其次，針對(duì)用來感知外部信道狀態(tài)的信道認(rèn)知引擎設(shè)計(jì)問題，提出了一種既可以估計(jì)信道傳遞函數(shù)、又可以對(duì)信道狀態(tài)進(jìn)行分類的信道認(rèn)知引擎。所設(shè)計(jì)的信道認(rèn)知引

4、擎通過本文提出的最小均方改進(jìn)算法對(duì)信道傳遞函數(shù)進(jìn)行估計(jì)。上述最小二乘改進(jìn)算法通過設(shè)計(jì)門限以達(dá)到對(duì)傳遞函數(shù)的粗估計(jì)和精估計(jì)，提高了算法的估計(jì)精度。所設(shè)計(jì)的信道認(rèn)知引擎通過隱馬爾可夫模型和本文提出的二進(jìn)制混沌粒子群算法對(duì)信道進(jìn)行分類。離線狀態(tài)下，采用二進(jìn)制混沌粒子群算法對(duì)隱馬爾可夫模型進(jìn)行訓(xùn)練；在線狀態(tài)下，采用基于隱馬爾可夫模型的信道分類算法對(duì)當(dāng)前信道加以分類。仿真分析表明：在山區(qū)時(shí)變信道條件下，所提出的信道認(rèn)知引擎能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行信道估計(jì)和

5、信道分類，為認(rèn)知引擎作出決策提供依據(jù)。
　　再次，針對(duì)認(rèn)知OFDM系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于混沌粒子群算法的認(rèn)知決策引擎。給出了認(rèn)知OFDM的系統(tǒng)模型，并據(jù)此分析了認(rèn)知引擎的輸入量和輸出量。在提出二進(jìn)制混沌粒子群算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于該二進(jìn)制混沌粒子群算法的認(rèn)知決策引擎。該引擎針對(duì)不同通信模式，通過調(diào)整權(quán)重因子，使自身沿著不同優(yōu)化方向?qū)?yōu)，有效解決了認(rèn)知OFDM系統(tǒng)在不同通信服務(wù)的要求下合理決策最優(yōu)傳輸策略的問題。仿真分析表

6、明：通過與現(xiàn)有其他引擎性能的比較，文中提出的認(rèn)知決策引擎其優(yōu)化的精確度和魯棒性能都更優(yōu)。
　　最后，根據(jù)認(rèn)知 SC-FDE系統(tǒng)和山區(qū)時(shí)變信道的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了針對(duì)慢時(shí)變信道和快時(shí)變信道的兩種認(rèn)知決策引擎。針對(duì)慢時(shí)變信道，文中首先提出了一種新型自適應(yīng)算法，并在此基礎(chǔ)上，提出了基于該算法的認(rèn)知決策引擎。針對(duì)快時(shí)變信道，提出了一種基于門限調(diào)整和自適應(yīng)調(diào)制編碼的認(rèn)知決策引擎。理論和仿真分析表明：通過與認(rèn)知系統(tǒng)中信道認(rèn)知引擎、認(rèn)知無線電知識(shí)庫等