基于连通分支的认知无线电动态频谱分配算法研究

论文摘要

认知无线电是一种智能频谱共享技术,它通过检测周围频域、时域和空域等无线电磁环境,自动搜寻并伺机动态接入授权频谱暂时空闲的频段进行通信,并避免对授权用户造成干扰,从而实现不可再生资源的二次利用,为解决频谱资源日益紧缺这一重要问题提供有效途径。动态频谱分配是实现认知无线电最重要且极具挑战性的关键技术之一,主要解决如何灵活、高效、无干扰的共享频谱资源。然而认知无线电系统中可用频谱的开放性和动态性,使得现有动态频谱分配算法距离实现高效、公平、适应快速时变环境的认知无线电频谱共享目标尚有较大差距,因此如何有效进行动态频谱分配成为了目前国内外的一个热点研究问题。本文基于连通分支并行理论,结合需求因素对动态频谱分配算法进行了研究和探讨,主要研究工作如下：(1)引入图论连通分量理论,研究了一种动态频谱分配连通分支并行处理方法。利用连通理论分解系统总拓扑图,并行处理各个连通分支的频谱分配,既有效提高了分配速度,又保持了系统原有性能。该方法可应用于目前基于图论着色模型的所有频谱分配算法,通用性强,是解决频谱分配时间开销过大这一瓶颈难题的有效办法。(2)具体研究了一种基于连通分支并行分配方法的动态频谱分配算法,以验证该方法的可行性与有效性,并对算法性能进行了仿真分析。研究结果表明,连通分支并行分配方法是快速有效的,它能较好地适应快速时变的认知环境。(3)研究了一种综合性能较好的自适应频谱分配算法。针对频谱资源二次浪费与分配速度较慢等问题,在考虑用户需求因素的条件下,采用连通分支并行方法分配频谱。仿真结果表明,该算法在保证频谱有效利用的情况下,提高了系统需求满意度和频谱分配速度,避免了频谱资源的二次浪费,有效解决了时间开销过大问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 认知无线电概述
• 1.1.1 认知无线电的概念
• 1.1.2 认知无线电的关键技术
• 1.2 研究背景和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究内容和论文框架
• 第二章 认知无线电频谱分配技术
• 2.1 动态频谱分配目前的研究热点
• 2.2 频谱分配技术分类
• 2.3 频谱分配常用模型
• 2.3.1 图论着色模型
• 2.3.2 干扰温度模型
• 2.3.3 博弈论模型
• 2.3.4 拍卖竞价模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 连通分支并行分配方法
• 3.1 频谱分配图论模型
• 3.2 频谱分配图论算法
• 3.2.1 List-Coloring算法
• 3.2.2 CSGC算法
• 3.2.3 局部议价算法
• 3.2.4 其他算法
• 3.3 连通分支并行方法
• 3.3.1 基本原理
• 3.3.2 性能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于连通分支并行方法的算法研究
• 4.1 连通分支的求解
• 4.2 连通分支并行方法的算法实例
• 4.2.1 算法背景
• 4.2.2 算法设计
• 4.3 仿真与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 自适应频谱分配算法
• 5.1 算法的提出
• 5.2 算法分配目标
• 5.3 基本原理
• 5.4 算法仿真分析
• 5.4.1 仿真参数
• 5.4.2 需求满意度
• 5.4.3 时间开销
• 5.4.4 系统带宽收益
• 5.4.5 仿真结论
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录