【摘要】：隨著現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展,資源緊缺現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重,這就導(dǎo)致人們對(duì)頻譜分配方式的思考,為解決這種頻譜資源緊缺現(xiàn)象,研究者們提出了認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)。認(rèn)知無(wú)線電(Cognitive Radio,CR)的接入方式是機(jī)會(huì)頻譜接入,認(rèn)知用戶通過(guò)頻譜感知技術(shù)感知?jiǎng)討B(tài)頻譜環(huán)境,得到與授權(quán)用戶即主用戶共享授權(quán)頻段的機(jī)會(huì),因此,頻譜感知性能的提升在認(rèn)知無(wú)線電中至關(guān)重要。本文是以頻譜感知控制方法的研究為重點(diǎn),搭建了一個(gè)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶多信道預(yù)測(cè)模型。論文中首先將頻譜感知的研究現(xiàn)狀做了綜述,介紹了幾種常用的頻譜感知技術(shù)方法,結(jié)合近幾年較實(shí)用的預(yù)測(cè)模型,介紹了頻譜感知中常用的頻譜預(yù)測(cè)方法。在單用戶多信道預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上,搭建了多用戶多信道預(yù)測(cè)模型。論文中在單用戶多信道模型的搭建過(guò)程中,選擇使用ON/OFF信道狀態(tài)建模,對(duì)這個(gè)模型進(jìn)行理論分析和仿真實(shí)驗(yàn),得到多個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)參數(shù),其中最重要的就是信道預(yù)測(cè)剩余可使用時(shí)間,結(jié)合信道內(nèi)已有數(shù)據(jù)的分析(如信道通信流量占用、信號(hào)干擾比、信道空閑利用率、用戶位置定位等),將信道模型的接入切換方式分為三種,分別是按表格接入切換、按距離接入切換和隨機(jī)接入切換。從理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果中看到,按表格切換控制的切換次數(shù)只占按距離切換控制的切換次數(shù)的10%左右,隨機(jī)接入的切換次數(shù)也降低到按距離切換的50%左右,但是由于隨機(jī)切換還有等待切換時(shí)間沒(méi)有計(jì)算,故可以不關(guān)注隨機(jī)切換方式,從另外兩種切換方式的對(duì)比中,可以明顯的看到能量消耗的降低。此外,在單用戶多信道模型的搭建中,還對(duì)信道內(nèi)頻譜感知的周期進(jìn)行了理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)。在IEEE802.22中對(duì)于頻譜感知周期的定義是將感知周期固定化,在本論文中設(shè)置感知周期為動(dòng)態(tài)變化的時(shí)間,通過(guò)最小化感知周期的消耗函數(shù)得到最佳感知周期。在信道四種狀態(tài)模型下,使用積分求取四種狀態(tài)中的有效通信時(shí)長(zhǎng)和無(wú)效通信時(shí)長(zhǎng),對(duì)每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率使用貝葉斯推導(dǎo)公式更新概率值,形成信道模型。在信道模型中將歸一化信道效率以及歸一化干擾時(shí)長(zhǎng)取極小值,求得最佳的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間,根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間可以求得最佳感知時(shí)間。使用傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和信道本身狀態(tài)來(lái)確定頻譜的感知周期,如若上面兩種數(shù)據(jù)有發(fā)生變化,那么感知周期也要發(fā)生變化。這對(duì)于多信道中信道的選取和切換進(jìn)行數(shù)據(jù)量化,從數(shù)據(jù)中分析得到最優(yōu)信道從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率和降低信道干擾。單用戶多信道模型在認(rèn)知用戶數(shù)目上具有限制性,為了模型具有更廣泛性,更貼近實(shí)際中使用的網(wǎng)絡(luò)模式,基于單用戶多信道模型搭建多用戶多信道模型。多用戶多信道模型中選擇基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的頻譜預(yù)測(cè)對(duì)信道剩余可使用時(shí)間做短時(shí)間預(yù)測(cè),結(jié)合線性分析得到篩選表以及帶內(nèi)使用頻譜感知的動(dòng)態(tài)感知周期求取感知周期值完成網(wǎng)絡(luò)模型的搭建。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)證明,頻譜預(yù)測(cè)結(jié)合信道控制接入方法以及信道內(nèi)感知的周期優(yōu)化,多用戶多信道系統(tǒng)的頻譜利用率提高百分比的取值要大于90%,感知能量降低百分比最小也要大于46%。所以,基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶多信道預(yù)測(cè)模型的建立具有實(shí)際意義。
【圖文】：

單點(diǎn)感知頻譜檢測(cè)方法下面有主用戶發(fā)射機(jī)檢測(cè)和主用戶接收機(jī)檢測(cè)，協(xié)作逡逑頻譜感知檢測(cè)下面分為分布式協(xié)作檢測(cè)和集中式協(xié)作檢測(cè)。這些二級(jí)檢測(cè)方逡逑法下面還可以再細(xì)分，主要的頻譜檢測(cè)算法劃分圖如圖２－２所示：逡逑頻譜檢測(cè)算法逡逑．邋１邋＇逡逑Ｉ邋｜邐｜邐１逡逑單點(diǎn)檢測(cè)邐協(xié)作檢測(cè)逡逑，邋１逡逑主用戶接收機(jī)邐｜主用戶發(fā)射機(jī)逡逑檢測(cè)邐檢測(cè)逡逑＂＂＂邐Ｉ邋￣￣邐ＺＩＺＺＺＥ＾＾Ｚ邐ｒ—Ｉ￣￣邐ｒ－ｉ－￣￣逡逑ｉ邐〕邐１邐１邐集中邐分布逡逑Ｈ邐ｉｉ邋＾邐§逡逑溫度ｆｉ器檢檢特征測(cè)邋ｍ逡逑檢測(cè)邐測(cè)邋測(cè)邋檢測(cè)逡逑圖２－２主要頻譜檢測(cè)算法分類圖逡逑１０逡逑

ｒ／邋ｑ’邋，邐ａ邐譜接入逡逑１ｘ＾７邋！邋／－——：逡逑＾邐５？＾逡逑頻譜空穴逡逑圖２－１頻譜空穴示意圖逡逑從認(rèn)知用戶數(shù)目角度來(lái)劃分，可分為協(xié)作感知檢測(cè)和單點(diǎn)感知檢測(cè)，顧逡逑名思義，單點(diǎn)檢測(cè)就是一個(gè)認(rèn)知用戶獨(dú)立的完成頻譜檢測(cè)，協(xié)作頻譜檢測(cè)就逡逑是多個(gè)認(rèn)知用戶一起完成頻譜檢測(cè)，而兩種感知檢測(cè)方法還可以向下細(xì)分，逡逑單點(diǎn)感知頻譜檢測(cè)方法下面有主用戶發(fā)射機(jī)檢測(cè)和主用戶接收機(jī)檢測(cè)，協(xié)作逡逑頻譜感知檢測(cè)下面分為分布式協(xié)作檢測(cè)和集中式協(xié)作檢測(cè)。這些二級(jí)檢測(cè)方逡逑下面還可以再細(xì)分，主要的頻譜檢測(cè)算法劃分圖如圖２－２所示：逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN925

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本文編號(hào)：2681519