认知无线电网络的频谱共享问题研究

摘要

目前,网络的宽带化、业务多样化使得无线网络处于快速地发展之中,但是现有的固定频谱管理模式使得无线网络频谱资源日益匮乏。动态变化的异构网络环境,更加加剧了业务需求和资源紧缺之间的矛盾,从而严重束缚了无线网络的部署和运行。认知无线电网络通过对无线网络环境的智能学习、推理和决策,实现频谱资源的有效共享与优化利用,成为提高频谱资源利用率的根本手段。在动态和异构环境下,认知无线电网络不仅能够提供了无线频谱管理的全新模式,还能提供更为优越的用户体验。
　　在此背景下,本文研究了认知无线电网络中的频谱共享问题。之前的一些关于频谱共享的研究模型中,大多考虑频谱感知,频谱接入,频谱决策方面的研究,很少有关于频谱移动的研究。而且在研究频谱移动的模型中,文献[1]和[2]虽然建立了模型来研究频谱移动的性能,但是只考虑一对认知无线电用户进行频谱切换的情况,文献[3]考虑了多对认知无线电用户之间的冲突,但是没有考虑存在授权信道和未授权信道的网络环境,在文献[4]和[5]中,考虑了这种网络环境,但是这些模型是基于主动性感知策略的,忽略了认知无线电用户与授权用户之间的冲突。
　　基于以上的情况,本文重点研究了频谱移动的问题,做出了以下的工作:一,提出了对文献[3]改进的离散马尔可夫模型来描述了存在未授权信道和授权信道的网络环境下认知无线电用户的频谱切换的性能。二,考虑认知无线电用户有两种进入信道的方式:第一种方法,随机进入未授权信道和授权信道。第二种方法,优先进入未授权信道,当没有空闲信道时才进入授权信道。本文分别分析了这两种方法的性能。三,对于认知无线电用户在授权信道的环境下,采用被动性感知策略,即若授权用户到达授权信道,并且与之冲突之后,才会感知到这种冲突,并且研究了这种感知时延对性能的影响。四,考虑多对认知无线电用户之间的竞争策略对性能的影响。本文分别根据吞吐率,切换率,平均切换时延等参数将本文提出的模型与文献[3]中马尔可夫模型进行了仿真比较。仿真结果显示,含有未授权信道的情况下的频谱切换的性能比不含授权信道的性能要好,其中,使用优先进入未授权信道的方法的性能更好。本文的最后对所做的工作做了一个总结,并且分析本文的不足,指出下一步的研究方向。

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1 绪论

1.1课题背景

1.2认知无线电

1.3课题研究目的和意义

1.4本文主要内容和结构

2 认知无线电发展现状

2.1导言

2.2频谱管理框架

2.3国外发展现状

2.4国内研究现状

3 基于时隙的频谱切换模型

3.1导言

3.2主要思想和网络环境

3.3基于时隙的信道模型和频谱切换过程

3.4离散马尔可夫模型

3.5二级用户进入PC或SC的方法

3.6多SU间的竞争策略

3.7感知冲突的优化

3.8仿真分析

3.9本章小结

4 总结与展望

4.1总结

4.2下一步研究方向

致谢

参考文献