认知无线电中的分布式接入技术研究

论文摘要

由于无线网络业务的快速发展,无线频谱资源变得日益宝贵;同时,频谱的利用率不仅很低,而且频谱的分配使用也极不平衡。这一矛盾产生的主要原因在于政府对现有频谱按照网络和业务进行固定分配。认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术如今已经成为有效解决这一矛盾的关键技术。认知无线电动态地使用机会频谱,可以大幅度提高频谱的利用率。本论文讨论的重点——择机频谱接入(Opportunistic Spectrum Access, OSA),它正是CR的关键技术之一。本文将对分布式认知无线网络中接入技术进行研究和分析。在分布式的认知无线网络中,认知无线电用户(Cognitive Radio User, CRU)对机会频谱进行检测。所谓机会频谱,是主用户(Primary User, PU)在某一时间域或某一地理区域内未使用的授权频谱。当认知用户正在使用授权频谱时,主用户需要重新接入该段频谱时,认知用户需要退出该段频谱让给主用户使用。本文对分布式认知网络中OSA算法和协议进行了详细的研究,针对分布式网络特性和频谱资源的动态特性,分别提出了单用户和多用户的OSA算法和多用户接入协议,并对所有算法和协议进行了仿真验证和分析。本文在第一章简单介绍了认知无线电的基本概念,研究现状和关键技术,阐明了本论文的研究意义。第二章较详细地介绍了当前认知无线电网络频谱接入的研究情况,包括OSA算法和认知无线网络接入协议两部分。第三章提出了基于固定POMDP的单用户多信道OSA算法,算法以最大化单用户吞吐量为目标,寻找最佳检测次数。第四章设计了基于随机POMDP的多用户OSA算法,并设计了相应的MAC协议,以最小化认知用户间碰撞率为目标。文章的最后对全文进行了总结,提出对分布式认知无线网络MAC协议研究的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 认知无线电研究背景
• 1.2.1 认知无线电基本概念
• 1.2.2 认知无线电的研究现状
• 1.2.3 认知无线电的关键技术
• 1.3 本论文的研究意义和主要工作
• 1.4 本论文内容安排
• 第二章 现有的认知无线电频谱接入研究
• 2.1 引言
• 2.2 认知无线电中的OSA算法研究
• 2.2.1 基于模糊逻辑的OSA算法
• 2.2.2 信道聚合OSA算法
• 2.2.3 能量限制OSA算法
• 2.2.4 固定检测和传输时间比OSA算法
• 2.2.5 联合检测OSA算法
• 2.2.6 基于CMDP的PS-OSA算法
• 2.3 认知无线电中的多信道MAC协议研究
• 2.3.1 多收发机复用的择机MAC协议
• 2.3.2 基于博弈论的认知无线电MAC协议
• 2.3.3 OS-MAC协议
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于POMDP的分布式接入算法
• 3.1 引言
• 3.2 系统模型
• 3.2.1 主用户系统模型
• 3.2.2 认知用户时隙结构
• 3.3 基于POMDP的决策理论
• 3.3.1 POMDP模型
• 3.3.2 决策理论详述
• 3.4 算法描述
• 3.4.1 单信道频谱检测和接入算法
• 3.5 仿真结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于随机POMDP的多个认知用户MAC协议
• 4.1 引言
• 4.2 系统模型
• 4.2.1 网络模型
• 4.2.2 随机POMDP模型
• 4.3 协议描述
• 4.3.1 随机POMDP的OSA算法
• 4.3.2 信道竞争
• 4.3.3 收发同步
• 4.4 仿真结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结及未来研究工作
• 5.1 全文总结
• 5.2 下一步研究建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间研究成果
• 个人简历