认知无线电系统中基于Markov模型的频谱接入技术讲解Word文档下载推荐.docx

资源描述

认知无线电系统中基于Markov模型的频谱接入技术讲解Word文档下载推荐.docx

《认知无线电系统中基于Markov模型的频谱接入技术讲解Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《认知无线电系统中基于Markov模型的频谱接入技术讲解Word文档下载推荐.docx（57页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

认知无线电系统中基于Markov模型的频谱接入技术讲解Word文档下载推荐.docx

申请全日制

申请电子与通信工程

ResearchonSpectrumAccessTechnologiesBasedonMarkovModelinCognitiveRadioSystem

ThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeof

MasterofEngineering

LiuWei

Supervisor:

Prof.ZhangHui

February2013

南京邮电大学学位论文原创性声明

本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。

研究生签名：

_____________日期：

____________

南京邮电大学学位论文使用授权声明

本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档；

允许论文被查阅和借阅；

可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；

可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。

本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。

论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。

涉密学位论文在解密后适用本授权书。

____________导师签名：

____________日期：

_____________

摘要

随着无线通信业务的迅速发展，固定频谱分配策略引起的大量频谱资源的浪费与频谱资源紧缺之间的矛盾日趋明显，由此认知无线电技术应运而生。

认知无线电系统通过对周围频谱的感知和动态接入，以实现频谱资源的有效共享。

其中，频谱接入技术用于解决是否接入及如何接入空闲频谱的问题，是认知无线电系统中最为关键的技术之一。

本文针对认知无线电系统中频谱接入技术进行了深入研究，主要工作如下：

首先，对认知无线电系统的相关内容进行了概述，并对其研究现状进行了简单介绍；

在此基础上，对认知无线电系统中的频谱接入技术以及相应的预测算法进行了详细综述。

其次，首次引入了Markov模型中概率后缀树算法用于频谱预测，根据信道的先验知识预测信道下一个时隙的状态，在此基础上提出了一种新颖的基于概率后缀树的频谱接入算法，并通过仿真实验验证了该算法的合理性及有效性。

再次，考虑认知业务的需求差异，利用Markov模型中概率后缀树算法，对信道状态进行多尺度预测，使次用户优先接入与其业务需求匹配的可用信道，从而提出了一种新颖的基于业务需求的多尺度频谱接入算法，并通过仿真实验验证了该算法的有效性。

最后，对全文进行了总结与展望。

关键词:

认知无线电，认知无线电，频谱预测，Markov模型，概率后缀树

Abstract

Withtherapiddevelopmentofwirelesscommunicationservices,thecontradictionbetweenthewasteofnumerousspectrumresourcesandtheshortageofspectrumresourcesisbecomingincreasinglyapparentcausedbyfixedspectrumassignmentstrategies,thuscognitiveradiotechnologycomesintobeing.Throughperceivinganddynamicaccesstothesurroundingspectrum,cognitiveradiosystemachievestheefficientsharingofspectrumresources.What'

smore,spectrumaccesstechnologyusedtosolvetheissuesofwhetherandhowtoaccessidlespectrumisoneofthemostcriticaltechnologiesincognitiveradiosystem.

Thedissertationdoessomein-depthresearchesonspectrumaccesstechnologiesincognitiveradiosystem,andthemainresearchcontextisasfollows:

Firstly,thedissertationhasanoverviewofcognitiveradiosystem,andthecurrentresearchstatesarebrieflyintroduced.Onthisbasis,adetailedoverviewofspectrumaccesstechnologiesaswellascorrespondingpredictionalgorithmsincognitiveradiosystemisgiven.

Secondly,theprobabilisticsuffixtreeofMarkovmodelisusedonspectrumpredictionforthefirsttime,inordertopredictthestatesofchannelsinthenexttimeslotbyusingtheirprioriknowledge,thenanovelspectrumaccessalgorithmbasedonprobabilisticsuffixtreeisproposed,andtherationalityandeffectivenessofthealgorithmareverifiedbysimulationexperiments.

Then,consideringthedifferencesofcognitiveservicesdemands,theprobabilisticsuffixtreeofMarkovmodelisusedtopredictthestatesofchannelsformulti-scale,sothatsecondaryusersaregivenprioritytoaccesstothecorrespondingavailablechannels.Asaresult,anovelspectrumaccessalgorithmbasedonservicesdemandsisproposed,andtheeffectivenessofthealgorithmisverifiedbysimulation.

Finally,themainconclusionsofthisdissertationaresummarizedandprospectsoffutureresearchesareputforward.

Keywords:

CognitiveRadio,SpectrumAccess,SpectrumPrediction,MarkovModel,ProbabilisticSuffixTree

专用术语注释表1

第一章绪论2

1.1研究背景2

1.2认知无线电系统概述2

1.2.1认知无线电概念及特征2

1.2.2认知无线电网络5

1.2.3认知无线电关键技术7

1.3认知无线电研究现状11

1.4本文主要章节和工作安排13

第二章认知无线电系统中的频谱接入技术14

2.1频谱接入的概念模型14

2.2频谱接入的研究现状16

2.2.1信道状态模型16

2.2.2现有的频谱接入技术17

2.3预测算法介绍20

2.4本章小结24

第三章基于可变长Markov模型的频谱接入算法25

3.1可变长Markov模型25

3.2基于PST的预测算法26

3.2.1算法原理26

3.2.2学习过程27

3.2.3概率平滑过程29

3.2.4频谱预测过程30

3.3基于PST的频谱接入算法33

3.3.1信道接入策略33

3.3.2算法流程34

3.4算法仿真与分析35

3.5本章小结39

第四章基于业务需求的多尺度频谱接入算法40

4.1问题分析40

4.2算法网络模型41

4.3算法描述42

4.3.1尺度值计算43

4.3.2多尺度概率值获取44

4.3.3信道接入策略45

4.3.4算法流程46

4.4算法仿真与分析47

4.5本章小结50

第五章总结与展望51

参考文献53

附录1攻读硕士学位期间参加的科研项目56

致谢57

专用术语注释表

符号说明：

字符串

字符串的长度

信道i时隙t的状态

字符

训练序列

∑

离散字符集合

字符串s后出现的概率

Markov模型的阶数

信道i繁忙状态持续时间

信道i空闲状态持续时间

当前时隙信道i的可用性

时隙长度

信道i可用性指标值

可用信道集合

缩略词说明：

FCC

FederalCommunicationCommission

美国联邦通信委员会

CognitiveRadio

认知无线电

PrimaryUser

主用户/授权用户

SecondaryUser

次用户/认知用户

PrimaryNetwork

主用户网络

SecondaryNetwork

认知用户网络

SBS

SecondaryBaseStation

次用户基站

PBS

PrimaryBaseStation

主用户基站

QoS

QualityofService

服务质量

UWB

UltraWideBand

超带宽

OSA

OpportunitySpectrumAccess

机会频谱接入

HMM

HiddenMarkovModel

隐Markov模型

POMDP

PartiallyObservableMarkovDecisionProcess

部分可观测Markov决策过程

VMM

Varia

展开阅读全文