認知無線電網(wǎng)絡(luò)中公共控制信道建立與頻譜移動性研究.pdf

1、隨著無線通信用戶業(yè)務(wù)的急劇增長，頻譜資源短缺越來越成為限制無線通信技術(shù)發(fā)展的一個嚴峻的課題。認知無線電被認為是解決未來頻譜資源匱乏的一項最具發(fā)展前景的智能無線電技術(shù)，在國內(nèi)外學(xué)者們的共同努力下，十幾年來發(fā)展日臻成熟。自認知無線電概念被提出以來，學(xué)術(shù)界主要圍繞著如何準確的檢測和利用空閑的授權(quán)頻譜，在不影響授權(quán)用戶正常通信的前提下，實現(xiàn)與授權(quán)網(wǎng)絡(luò)的資源共享。盡管認知無線電在各個協(xié)議層下都取得了很多突破性的進展，但是仍然存在一些棘手的問題亟待

2、解決。本文主要以支持向量機和圖論極大獨立集等理論為基礎(chǔ)，比較深入的研究了公共控制信道的建立和頻譜移動性兩個關(guān)鍵技術(shù)問題，并有針對性的提出了相應(yīng)的解決方案。
　　首先，本文在對現(xiàn)有的基于序列跳變的公共控制信道建立算法進行比較分析的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有的公共控制信道約會算法平均約會時間性能不高的問題，提出了一種基于序列跳變的不定長公共控制信道約會算法。新算法適用性強，可以應(yīng)用于對稱與非對稱模型下的公共控制信道建立。另外，本文從理論上證明了

3、所提出的信道約會算法能夠保證兩個認知節(jié)點間一定在有限時間內(nèi)約會成功，而且不受其應(yīng)用的模型限制。仿真結(jié)果表明，所提出的信道約會算法不僅在對稱模型下具有良好的平均約會時間性能，而且在非對稱模型中認知用戶的可用信道比例較高時，與經(jīng)典方法相比，新算法的平均約會時間性能提升也比較明顯。
　　其次，根據(jù)對現(xiàn)有認知無線電頻譜移動性相關(guān)文獻的分析，為了提高移動認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的頻譜可用性預(yù)測性能，提出一種基于支持向量機的頻譜可用性預(yù)測算法。所提出

4、的預(yù)測算法根據(jù)授權(quán)用戶的工作狀態(tài)和認知節(jié)點的移動性的聯(lián)合分析，提取頻譜可用性的聯(lián)合特征，并將其作為支持向量機的輸入向量，從而獲得了頻譜可用性的數(shù)學(xué)預(yù)測表達式。與未采用特征向量提取的基于域信息的預(yù)測算法相比，新的頻譜可用性預(yù)測算法不僅需要較少的訓(xùn)練點就可以達到其較高的穩(wěn)定預(yù)測性能，而且，新的預(yù)測算法具有良好的預(yù)測準確率、預(yù)測漏檢率和短時預(yù)測性能。這些優(yōu)良的預(yù)測性能無疑都對認知無線電網(wǎng)絡(luò)的實際部署十分重要。另外，當認知用戶的高速無規(guī)則移動引

5、起預(yù)測性能下降時，新的預(yù)測算法可以通過合理的調(diào)整其參數(shù)來彌補系統(tǒng)性能損失。
　　最后，基于移動認知無線電網(wǎng)絡(luò)的研究背景，為了在頻譜切換過程中同時考慮時空域頻譜可用性和認知節(jié)點的移動性特征，提出一種預(yù)測式的備選信道頻譜切換算法。新頻譜切換算法在設(shè)計過程中，分析了不同認知節(jié)點間的連續(xù)時間干擾限制，并采用極大獨立集理論將相同信道作為備選切換信道一次同時分配給極大獨立集中的多個認知節(jié)點，提高了節(jié)點間的公平性。仿真結(jié)果驗證了新的頻譜切換算法

6、不僅提高了認知系統(tǒng)的吞吐量和公平性，而且在一定程度上降低了認知用戶與授權(quán)用戶間的沖突概率。另外，由于在執(zhí)行頻譜切換之前，考慮到認知用戶應(yīng)該已經(jīng)被分配了一條可用的空閑信道用于通信，本文基于對干擾限制的理論分析，設(shè)計了一種基于預(yù)測的頻譜分配機制。并針對頻譜利用率最大化準則和公平性準則，根據(jù)新機制分別提出了兩種頻譜分配算法。仿真結(jié)果表明，所提出的兩種頻譜分配算法與傳統(tǒng)圖論模型下經(jīng)典的公平算法和貪婪算法相比，在分配總頻譜數(shù)不占優(yōu)勢的情況下，分別