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

1、申请 全 日 制 申请 电子与通信工程 Research on Spectrum Access Technologies Based on Markov Model in Cognitive Radio System Thesis Submitted to Nanjing University of Posts and Telecommunications for the Degree of Master of EngineeringByLiu WeiSupervisor: Prof. Zhang HuiFebruary 2013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

2、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

3、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

4、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，M

5、arkov模型，概率后缀树AbstractWith the rapid development of wireless communication services, the contradiction between the waste of numerous spectrum resources and the shortage of spectrum resources is becoming increasingly apparent caused by fixed spectrum assignment strategies, thus cognitive radio technol

6、ogy comes into being. Through perceiving and dynamic access to the surrounding spectrum, cognitive radio system achieves the efficient sharing of spectrum resources. Whats more, spectrum access technology used to solve the issues of whether and how to access idle spectrum is one of the most critical

7、 technologies in cognitive radio system.The dissertation does some in-depth researches on spectrum access technologies in cognitive radio system, and the main research context is as follows:Firstly, the dissertation has an overview of cognitive radio system, and the current research states are brief

8、ly introduced. On this basis, a detailed overview of spectrum access technologies as well as corresponding prediction algorithms in cognitive radio system is given.Secondly, the probabilistic suffix tree of Markov model is used on spectrum prediction for the first time, in order to predict the state

9、s of channels in the next time slot by using their priori knowledge, then a novel spectrum access algorithm based on probabilistic suffix tree is proposed, and the rationality and effectiveness of the algorithm are verified by simulation experiments.Then, considering the differences of cognitive ser

10、vices demands, the probabilistic suffix tree of Markov model is used to predict the states of channels for multi-scale, so that secondary users are given priority to access to the corresponding available channels. As a result, a novel spectrum access algorithm based on services demands is proposed,

11、and the effectiveness of the algorithm is verified by simulation.Finally, the main conclusions of this dissertation are summarized and prospects of future researches are put forward.Key words: Cognitive Radio, Spectrum Access, Spectrum Prediction, Markov Model, Probabilistic Suffix Tree目录专用术语注释表 1第一

12、章 绪论 21.1 研究背景 21.2 认知无线电系统概述 21.2.1 认知无线电概念及特征 21.2.2 认知无线电网络 51.2.3 认知无线电关键技术 71.3 认知无线电研究现状 111.4 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 142.1 频谱接入的概念模型 142.2 频谱接入的研究现状 162.2.1 信道状态模型 162.2.2 现有的频谱接入技术 172.3 预测算法介绍 202.4 本章小结 24第三章 基于可变长Markov模型的频谱接入算法 253.1 可变长Markov模型 253.2 基于PST的预测算法 263.2.1 算法原理 2

13、63.2.2 学习过程 273.2.3 概率平滑过程 293.2.4 频谱预测过程 303.3 基于PST的频谱接入算法 333.3.1 信道接入策略 333.3.2 算法流程 343.4 算法仿真与分析 353.5 本章小结 39第四章 基于业务需求的多尺度频谱接入算法 404.1 问题分析 404.2 算法网络模型 414.3 算法描述 424.3.1 尺度值计算 434.3.2 多尺度概率值获取 444.3.3 信道接入策略 454.3.4 算法流程 464.4 算法仿真与分析 474.5 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

14、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DMarkov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：FCCFederal Communication Commission美国联邦通信委员会CRCognitive Radio认知无线电PUPrimary User主用户/授权用户SUSecondary User次用户/认知用户PNPrimary Network主用户网络SNSecondary Network认知用户网络SBSSecondary Base Station次用户基站PBSPrimary Base Station主用户基站QoSQuality of Service服务质量UWBUltra Wide Band超带宽OSAOpportunity Spectrum Access机会频谱接入HMMHidden Markov Model隐Markov模型POMDPPartially Observable Markov Decision Process部分可观测Markov决策过程VMMVaria