频率分配算法适用性研究

论文摘要

随着现代科技的高速发展,无线通信系统的网络结构日趋复杂,对于无线频谱也提出了越来越多的使用需求,高速增长的无线通信设备用户数与有限的频率资源这对矛盾变得更加突出。在可用资源有限条件下,有效的频谱管理是解决这对矛盾的唯一出路,而频率分配算法则是频谱管理系统的核心,特别是在认知无线电、认知无线网络等系统的中占有举足轻重的地位,在国际上一直受到广泛关注。但是,由于频率分配问题复杂,应用条件苛刻,频率分配算法一直是制约频谱管理系统整体性能的瓶颈因素之一。本文从频率分配算法的数学模型和性能指标体系出发,系统研究了信号传播模型和频率分配的数学模型。通过对穷举搜索、串行搜索、启发式搜索等频率分配理论体系的介绍,分析了频率分配算法演进的脉络。基于模拟退火和禁闭搜索算法建立了混合算法。针对典型应用场景,对常用频率分配算法进行了模拟仿真,针对回溯法、模拟退火算法、禁闭搜索算法和混合算法建立模拟仿真平台,对不同约束条件下的时间复杂度、空间复杂度、代价、平均频率复用次数、平均同频复用距离、平均频道间隔、频道间隔的方差频率等指标性能进行了计算分析和比较。本文建立了综合性能评估模型,针对军事电磁频谱管理系统特点,构建了权重向量和综合指标评估矩阵,利用理想解法和灰度关联分析法对回溯法、模拟退火算法、禁闭搜索算法和混合算法在典型军事电磁频谱管理系统应用中的性能进行了综合评估。并给出了可信的评估结果。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 频率分配问题的军事需求
• 1.1.1 复杂电磁环境的特点
• 1.1.2 复杂电磁环境对频率分配的需求
• 1.2 频率分配的方法
• 1.2.1 固定频率分配
• 1.2.2 动态频率分配
• 1.2.3 混合信道分配
• 1.3 频谱问题研究历程及现状
• 1.3.1 频率分配问题的研究历程
• 1.3.2 频率分配问题的研究现状
• 1.4 论文整体框架
• 第二章 频率分配问题的数学模型
• 2.1 信号传播模型
• 2.2 基本约束条件
• 2.3 频率分配模型
• 第三章 频率分配算法
• 3.1 频率分配问题分类
• 3.2 穷举搜索算法
• 3.2.1 后向回溯算法
• 3.2.2 前向检测算法
• 3.3 串行搜索算法
• 3.3.1 LFA 算法（Largest-First Algorithm）
• 3.3.2 SLA 算法（Smallest-Last Algorithm）
• 3.3.3 Dsatur 算法（Degree of Saturation Algorithm）
• 3.4 启发式搜索算法
• 3.4.1 模拟退火算法（Simulated Annealing Algorithm）
• 3.4.2 禁闭搜索算法（Tabu Search Algorithm）
• 3.5 子图扩展算法
• 3.6 小结
• 第四章 频率分配算法的指标及性能比较
• 4.1 评价指标
• 4.2 仿真平台的建立
• 4.3 参数设置
• 4.4 算法设计
• 4.4.1 顺序搜索算法
• 4.4.2 启发式算法
• 4.5 仿真流程
• 4.6 频率分配算法的仿真对比
• 4.6.1 场景一（20 个节点，40 条链路）
• 4.6.2 场景二（25 个节点，34 条链路）
• 4.6.3 场景三（30 个节点，44 条链路）
• 4.7 小结
• 第五章 效能评估
• 5.1 基本概念
• 5.2 多目标决策问题描述
• 5.3 定性信息的白化
• 5.4 多模型混合评估方法
• 5.4.1 理想解法
• 5.4.2 灰色关联分析法
• 5.5 性能评估
• 5.6 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 6.2.1 经典频率分配问题
• 6.2.2 频率分配的优化理论
• 6.2.3 基于认知系统工程的频率分配问题
• 致谢
• 参考文献
• 作者简历