認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)頻譜接入模型和方法研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，頻譜資源變得越來(lái)越緊張。尤其是各種無(wú)線接入技術(shù)(如無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)、無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)(WPAN)、無(wú)線城域網(wǎng)(WMAN))的逐漸商用，人們對(duì)無(wú)線帶寬提出了更高的要求。目前頻譜資源管理方式為固定頻譜分配方式，將無(wú)線頻譜劃分為兩個(gè)部分：授權(quán)頻段和非授權(quán)頻段。當(dāng)前非授權(quán)頻段已趨飽和，但授權(quán)頻段頻譜利用率卻很低，在時(shí)間和空間上存在大量授權(quán)用戶并未占用的頻段(頻譜空穴)。為了解決這一矛盾，人們想到了改革當(dāng)前的

2、固定頻譜分配方式，利用授權(quán)頻段的頻譜空穴提供無(wú)線服務(wù)。采用這一方式需要無(wú)線節(jié)點(diǎn)能夠感知周?chē)臒o(wú)線環(huán)境，認(rèn)知無(wú)線電(Cognitive Radio，CR)是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。
　　 本文所研究的CR網(wǎng)絡(luò)是指利用CR技術(shù)捕捉頻譜空穴，并提供給用戶接入的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。CR網(wǎng)絡(luò)與授權(quán)用戶網(wǎng)絡(luò)共享頻譜，但二者在使用頻譜上地位并不平等，從而造成CR網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臅r(shí)變性，這就需要對(duì)CR網(wǎng)絡(luò)中可變的頻譜資源做有效地管理。
　

3、　 本論文以此為背景展開(kāi)研究，著重研究了CR網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)拓?fù)淠Ｐ秃玩溌窌r(shí)變模型。另外，頻譜感知是共享頻譜資源的基礎(chǔ)，如何提高感知效率也是本文的一個(gè)研究重點(diǎn)。主要研究?jī)?nèi)容歸納如下：
　　 (1)介紹了動(dòng)態(tài)頻譜接入(DSA，Dynamic Spectrum Access)和CR技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀、以及應(yīng)用場(chǎng)合等方面。詳細(xì)地綜述了采用DSA方式的CR網(wǎng)絡(luò)在頻譜感知、頻譜管理、頻譜轉(zhuǎn)移和頻譜共享等方面的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)

4、地分類，并分析了它們的研究難點(diǎn)和研究方向。
　　 (2)研究了CR網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)拓?fù)淠Ｐ?，提出了?dòng)態(tài)分層圖(DLG，DynamicLayered-Graph)模型來(lái)描述CR網(wǎng)絡(luò)由于時(shí)變的可用頻譜而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臅r(shí)變性。在DLG模型中，層對(duì)應(yīng)于信道；各個(gè)節(jié)點(diǎn)在某層中的子節(jié)點(diǎn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于該信道在該節(jié)點(diǎn)上的可用性。子節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)根據(jù)一個(gè)鏈路時(shí)變模型變化。仿真實(shí)驗(yàn)表明，DLG模型能有效地描述CR網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化，提高路由成功率。
　　

5、 (3)應(yīng)用DLG模型作為CR網(wǎng)絡(luò)的路由分析工具，研究了一種CR網(wǎng)絡(luò)中的跨層路由選擇算法。該算法是頻譜決策、接口分配、路由發(fā)現(xiàn)和DLG更新的一體化算法。通過(guò)動(dòng)態(tài)更新DLG的水平邊和垂直邊權(quán)值，配合基于流的接口分配算法，使得路由選擇算法合理地選擇鏈路、頻譜和接口，提高路由中節(jié)點(diǎn)的全雙工通信能力和負(fù)載均衡能力，同時(shí)減少接口在不同信道間的切換。
　　 (4)深入地研究了CR網(wǎng)絡(luò)的鏈路可用性變化規(guī)律，提出了一種半馬爾科夫鏈和馬爾科夫鏈

6、嵌套的鏈路時(shí)變模型。該模型采用改進(jìn)的LZ78算法學(xué)習(xí)半馬爾科夫鏈和馬爾科夫鏈的參數(shù)，并能根據(jù)新的感知數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新模型參數(shù)。
　　 (5)基于CR網(wǎng)絡(luò)的鏈路時(shí)變模型，研究了一種基于高階馬爾科夫模型的頻譜可用性預(yù)測(cè)算法。該算法可以充分利用歷史感知信息，并引入當(dāng)前狀態(tài)年齡為預(yù)測(cè)依據(jù)，以很小的運(yùn)算代價(jià)提供可靠地短期與長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。仿真實(shí)驗(yàn)表明在各種不同的分布條件下該算法都表現(xiàn)出較好的性能。
　　 (6)選擇合適的頻譜空穴供CR用戶接

7、入對(duì)于保障CR用戶的QOS請(qǐng)求有著重要意義。研究了在CR網(wǎng)絡(luò)中提供QoS保障的頻譜決策算法，該算法不預(yù)定頻譜空穴的時(shí)長(zhǎng)分布，而是利用CR網(wǎng)絡(luò)的鏈路時(shí)變模型學(xué)習(xí)該分布，并以頻譜可用性預(yù)測(cè)算法為基礎(chǔ)，綜合考慮CR用戶的通信請(qǐng)求時(shí)長(zhǎng)和發(fā)起通信的時(shí)刻的頻譜空穴年齡，為CR用戶提供在通信請(qǐng)求時(shí)間內(nèi)不發(fā)生頻譜轉(zhuǎn)移概率意義上的QoS保障。
　　 (7)提出了一種自適應(yīng)的頻譜感知策略，將感知時(shí)間劃分為較短的感知時(shí)隙，每進(jìn)行一個(gè)感知時(shí)隙的感知后，