面向服務(wù)質(zhì)量保障的認(rèn)知無(wú)線電核心技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線電頻譜(以下簡(jiǎn)稱頻譜)是無(wú)線通信中一種稀缺而又寶貴的自然資源，已開(kāi)發(fā)出來(lái)的頻譜絕大部分已分配。隨著無(wú)線通信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，頻譜需求迅速增長(zhǎng)，致使頻譜資源緊缺問(wèn)題更加突出，成為制約無(wú)線通信發(fā)展的新瓶頸。認(rèn)知無(wú)線電(CR)技術(shù)因其能夠有效地解決當(dāng)前無(wú)線頻譜資源緊缺問(wèn)題而成為近年來(lái)無(wú)線通信領(lǐng)域中重要的研究熱點(diǎn)。CR技術(shù)的基本思想非常簡(jiǎn)單，但其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)卻面臨很多挑戰(zhàn)。為使認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)較好地實(shí)用化，仍需要開(kāi)展大量的研究工作，尤其在面向服務(wù)

2、質(zhì)量保障的核心技術(shù)方面。
　　 本文重點(diǎn)研究了面向服務(wù)質(zhì)量保障的認(rèn)知無(wú)線電部分相關(guān)核心技術(shù)，主要涉及面向服務(wù)質(zhì)量保障的模型框架、頻譜預(yù)測(cè)、頻譜接入、頻譜分配、分組調(diào)度等。
　　 論文工作主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　 (1)在面向服務(wù)質(zhì)量保障的模型框架方面，分析了認(rèn)知無(wú)線電環(huán)境下影響服務(wù)質(zhì)量保障的主要因素，探討了服務(wù)質(zhì)量保證策略，設(shè)計(jì)了一種保障服務(wù)質(zhì)量的動(dòng)態(tài)頻譜使用模型。此模型可適應(yīng)不同環(huán)境的需求，靈活性強(qiáng)，也可

3、以充分利用現(xiàn)有的成熟的研究成果。本文研究?jī)?nèi)容為基于此模型下的一系列關(guān)鍵技術(shù)，包括頻譜預(yù)測(cè)、接入控制、頻譜分配及調(diào)度技術(shù)等，這些研究都以服務(wù)質(zhì)量保障為基本出發(fā)點(diǎn)。
　　 (2)在頻譜預(yù)測(cè)方面，通過(guò)對(duì)頻譜歷史信息的分析，研究了多變量灰色模型MGM和自適應(yīng)的多變量灰色模型AMGM，提出了兩種適合于頻譜可用性預(yù)測(cè)的改進(jìn)多變量自適應(yīng)灰色模型eeAMGM和eeeAMGM。仿真結(jié)果表明，所提出的兩種模型較原模型在預(yù)測(cè)性能方面都有較大的改進(jìn)，各

4、項(xiàng)誤差指標(biāo)、精度等級(jí)、可靠性等都很好，能夠較好地用于頻譜可用性的預(yù)測(cè)。研究了信道狀態(tài)剩余時(shí)長(zhǎng)序列的產(chǎn)生，并利用混沌與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論進(jìn)行信道狀態(tài)剩余時(shí)長(zhǎng)的預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)了基于混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的的剩余時(shí)長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型，給出了其預(yù)測(cè)流程和預(yù)測(cè)模塊結(jié)構(gòu)圖，并對(duì)其進(jìn)行了性能評(píng)估，仿真結(jié)果驗(yàn)證了預(yù)測(cè)模型的有效性。
　　 (3)在頻譜接入方面，采用強(qiáng)制優(yōu)先排隊(duì)和馬爾可夫理論對(duì)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)頻譜接入過(guò)程進(jìn)行模擬建模和分析，得出了網(wǎng)絡(luò)適合次用戶(或稱為

5、認(rèn)知用戶)接入的條件；在此基礎(chǔ)上，提出了一種針對(duì)次用戶的接納控制方案，此方案能夠根據(jù)當(dāng)前頻譜資源情況和次用戶服務(wù)質(zhì)量需求，白適應(yīng)地對(duì)擬接入的次用戶予以接納或者拒絕，通過(guò)這種接納控制可以更好地保障次用戶的QoS要求和網(wǎng)絡(luò)的整體性能。
　　 (4)在信道分配方面，提出了一種基于最小化分配風(fēng)險(xiǎn)的信道分配模型?；诖四Ｐ瓦M(jìn)一步設(shè)計(jì)了基于最小化切換風(fēng)險(xiǎn)的信道分配方案MHR。MHR統(tǒng)籌考慮了多個(gè)分配需求和包括繁忙及空閑在內(nèi)的所有信道，仿真結(jié)

6、果表明，此方案能夠大大減小系統(tǒng)中因主用戶出現(xiàn)而引起的次用戶發(fā)生切換的次數(shù)，減少了切換開(kāi)銷，也能夠很好地改善其他性能指標(biāo)；通過(guò)對(duì)MHR中切換風(fēng)險(xiǎn)的重新定義，設(shè)計(jì)了兩種支持兩種等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量區(qū)分方案：MHR-TCS-NP和MHR-TCS-PM，其中MHR-TCS-PM中引入了搶占，MHR-TCS-NP沒(méi)有搶占，仿真結(jié)果表明，這兩種方案均能有效提高高優(yōu)先級(jí)次用戶的成功通信率，降低高優(yōu)先級(jí)次用戶的平均等待時(shí)延。其中，MHR-TCS-PM還可以更

7、有效地降低Service-I的平均等待時(shí)延及切換率等各項(xiàng)指標(biāo)，提高其通信的成功率。
　　 (5)在認(rèn)知無(wú)線電分組調(diào)度算法方面，從理論上分析了一種典型的分組調(diào)度算法M-LWDF的公平性，由分析得知，在隊(duì)首分組等待時(shí)間服從指數(shù)分布的情況下，M-LWDF的業(yè)務(wù)隊(duì)列具有相同的調(diào)度機(jī)會(huì)，而與業(yè)務(wù)類型無(wú)關(guān)；其公平性在用戶業(yè)務(wù)QoS需求一定的情況下，僅與兩隊(duì)列用戶數(shù)之比有關(guān)。提出了改進(jìn)的分組調(diào)度算法EM-LWDF，EM-LWDF嚴(yán)格依據(jù)QoS