CR中無線信道分配與功率控制算法研究.pdf

1、隨著無線設(shè)備及相關(guān)應(yīng)用的快速發(fā)展，傳統(tǒng)無線網(wǎng)接入、傳輸協(xié)議已無法適應(yīng)這一趨勢。其中，最主要的挑戰(zhàn)包括如下幾個方面：1、頻譜資源已分配殆盡；2、已分配的頻譜資源使用率極低；3、無線網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量有待提高，尤其是在較為繁忙的無線網(wǎng)區(qū)域。
　　認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)（Cognitive Radio Networks，CRNs）是解決以上問題的有效方法，其核心思想是通過智能算法動態(tài)決策無線設(shè)備的接入和傳輸。該方法可根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境智能接入不同的信道，

2、從而有效提高無線信道的復(fù)用率和無線網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量。
　　針對 CRN中無線設(shè)備接入及傳輸功率控制問題，現(xiàn)有研究主要提出了如下幾類算法：Q學(xué)習(xí)算法、遺傳算法、博弈算法、動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算法等。雖然上述算法能在某些無線網(wǎng)應(yīng)用中取得一定效果，但通常存在如下幾類缺陷：1、收斂速度較慢；2、難以處理值連續(xù)狀態(tài)下的決策問題，處理精度偏低；3、環(huán)境適應(yīng)度較低；4、可處理的收發(fā)功率范圍較小。
　　基于這一研究現(xiàn)狀，本研究主要使用了部分可觀測馬爾可

3、夫決策過程模型（POMDP）和蒙特卡羅值迭代算法（MCVI）解決CRN中無線接入和功率控制問題。其中，POMDP模型是在部分可觀測網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下預(yù)測無線設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境間交互狀態(tài)的有效模型；MCVI算法是解決感知功率值為連續(xù)實(shí)數(shù)狀態(tài)下 POMDP模型的優(yōu)秀決策算法，但通過實(shí)驗(yàn)分析，MCVI算法也存在收斂速度較慢的缺陷。為解決這一缺陷，本文使用改進(jìn)的NSGA2算法優(yōu)化MCVI，提出了快速 MCVI算法（Fast MCVI）。通過在經(jīng)典 POMD

4、P模型問題中測試，證明了Fast MCIV算法在收斂速度和決策速度方面都優(yōu)于原MCVI算法。
　　通過使用Fast MCVI算法解決 CRN的接入決策及功率控制問題，與現(xiàn)有算法相比主要優(yōu)化了如下幾個方面：1、加快了決策速度；2、可使用連續(xù)狀態(tài)值進(jìn)行決策，提高了決策精度和可信度；3、擴(kuò)展了最大可支持的無線節(jié)點(diǎn)數(shù)及功率控制范圍。通過使用本文算法與同類算法的仿真對比以及在Exata網(wǎng)絡(luò)仿真平臺中的仿真，證明了本文算法在降低網(wǎng)絡(luò)延遲、提高