認(rèn)知的鐵路移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)分簇頻譜感知與共享研究.pdf

1、車-地間通信的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)承載量劇增，以及鐵路旅客有了更多的移動(dòng)辦公、實(shí)時(shí)信息交互以及在線娛樂需求，都要求鐵路移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)能夠提供更寬的傳輸頻帶。而無(wú)論是GSM-R還是未來(lái)的LTE-R網(wǎng)絡(luò)部署，都面臨頻譜資源嚴(yán)重短缺的問(wèn)題，使得車-地間通信業(yè)務(wù)類型受限、數(shù)據(jù)傳輸速率低且服務(wù)質(zhì)量無(wú)法得到良好保障。
　　認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)之所以作為一種優(yōu)化使用頻譜的全新無(wú)線通信模式而出現(xiàn)，是由有限的可利用頻譜和低的頻譜資源利用率共同決定的。它為解決鐵路數(shù)字移

2、動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)授權(quán)頻譜資源的不足提供了一個(gè)可行的思路：高鐵運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)（列控和調(diào)度通信等）由鐵路專網(wǎng)（GSM-R/LTE-R）承載；其他大數(shù)據(jù)量通信業(yè)務(wù)超出專網(wǎng)承載能力時(shí)，則由具有認(rèn)知無(wú)線電特性的移動(dòng)終端（用戶）對(duì)可用頻譜空穴進(jìn)行感知，進(jìn)而通過(guò)有效的頻譜分配來(lái)承載。
　　論文從鐵路復(fù)雜通信環(huán)境、電氣化鐵路的嚴(yán)重電磁干擾出發(fā)，同時(shí)考慮鐵路運(yùn)營(yíng)的特色，提出了構(gòu)建認(rèn)知的鐵路移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)CRMCN模型，并對(duì)CRMCN分簇算法、基于分簇的頻譜

3、感知與共享算法進(jìn)行深入研究。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在3個(gè)方面：
　　提出了一種加權(quán)的CRMCN分簇算法（CRMCN-WCA）。考慮到CRMCN的一個(gè)小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)（或稱認(rèn)知用戶）數(shù)目較多且節(jié)點(diǎn)類型具有多樣性、節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性差異顯著等因素，CRMCN-WCA將節(jié)點(diǎn)度、發(fā)射功率、節(jié)點(diǎn)剩余能量、簇穩(wěn)定性、節(jié)點(diǎn)類型或業(yè)務(wù)功能等級(jí)作為簇頭選擇的加權(quán)參量以完成簇頭選舉。CRMCN-WCA算法在CR用戶數(shù)目較多且移動(dòng)性差異較強(qiáng)的情形下，

4、具有較小的簇維護(hù)開銷、較好的簇穩(wěn)定性及較強(qiáng)的高速移動(dòng)適應(yīng)性。
　　針對(duì)鐵路移動(dòng)通信中對(duì)PU信號(hào)沒有任何先驗(yàn)知識(shí)、以及對(duì)頻譜感知算法的實(shí)用性要求高的特點(diǎn)，提出了一種基于閾值貼近度（TCFS）的協(xié)作式分簇頻譜感知算法。該算法中，根據(jù)能量檢測(cè)理論，當(dāng)檢測(cè)能量分布于“判決”區(qū)域，則簇內(nèi)的CR用戶發(fā)送1bit或2bit的自適應(yīng)量化值，用以報(bào)告基于TCFS和似然判決的本地頻譜感知結(jié)果，否則CR用戶不發(fā)送信息；之后，數(shù)據(jù)融合中心考慮各個(gè)簇的判決

5、結(jié)果，以得到“主用戶（PU）存在與否”的綜合判決結(jié)果。該算法能夠在確保感知性能損失較小的情況下，極大程度地降低CR用戶的平均感知比特?cái)?shù)目。
　　提出了一種分簇CRMCN的重復(fù)博弈頻譜共享算法。該算法針對(duì)簇內(nèi)的2個(gè)CR用戶同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)無(wú)線信道時(shí)如何使頻譜共享的速率總收益最大化問(wèn)題，分析了納什均衡解的存在條件并在算法模型中采用了“合作式觸發(fā)策略”以得到帕累托（Pareto）最優(yōu)解；接下來(lái)，分析了CR用戶發(fā)射功率、噪聲功率、貼現(xiàn)因子值以及收