認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的頻譜預(yù)測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、頻譜感知、頻譜決策、頻譜共享、頻譜搬移是認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的四大功能。次級(jí)用戶通過(guò)頻譜感知發(fā)掘頻譜空穴，并通過(guò)頻譜決策、頻譜共享、頻譜搬移三個(gè)功能對(duì)發(fā)掘的頻譜空穴加以利用。傳統(tǒng)的頻譜感知、頻譜決策、頻譜共享和頻譜搬移通常造成較大的處理時(shí)延、反應(yīng)時(shí)延、以及能量消耗。為了解決上述問(wèn)題，研究人員提出了頻譜預(yù)測(cè)技術(shù)，利用不同的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)時(shí)刻的頻譜狀態(tài)的預(yù)測(cè)。已有工作尚未針對(duì)如何利用次級(jí)用戶之間的合作，改善未來(lái)時(shí)刻頻譜狀態(tài)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率這一問(wèn)題展開(kāi)研

2、究。此外，如何預(yù)測(cè)更多的頻譜參數(shù)，并充分利用這些參數(shù)進(jìn)一步改善認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的整體性能，也是頻譜預(yù)測(cè)技術(shù)研究領(lǐng)域有待解決的難點(diǎn)之一。本論文針對(duì)上述難點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的頻譜預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行深入詳細(xì)的研究。主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　1.研究了認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作頻譜狀態(tài)預(yù)測(cè)問(wèn)題。認(rèn)識(shí)到已有的單個(gè)次級(jí)用戶單獨(dú)進(jìn)行的本地頻譜狀態(tài)預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率有限的問(wèn)題，充分利用次級(jí)用戶之間自發(fā)的合作，提出一種新的協(xié)作頻譜狀態(tài)預(yù)測(cè)方法，改善頻

3、譜狀態(tài)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。具體而言:
　　1)將次級(jí)用戶之間的合作過(guò)程建模為一個(gè)合作博弈過(guò)程，并基于合作博弈理論以最大化次級(jí)用戶的頻譜預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為目標(biāo)提出了一種新的合作組形成算法。每個(gè)合作組內(nèi)選擇一個(gè)次級(jí)用戶擔(dān)任首領(lǐng)，負(fù)責(zé)匯總組內(nèi)其他用戶的本地頻譜狀態(tài)預(yù)測(cè)結(jié)果，并通過(guò)數(shù)據(jù)融合獲得協(xié)作頻譜狀態(tài)預(yù)測(cè)結(jié)果。
　　2)將設(shè)計(jì)的協(xié)作頻譜狀態(tài)預(yù)測(cè)方法擴(kuò)展到任意多個(gè)初級(jí)用戶任意多個(gè)次級(jí)用戶構(gòu)成的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，改善算法的普適性。基于任務(wù)分配的

4、思想，將次級(jí)用戶分類，每一類用戶只對(duì)一個(gè)初級(jí)用戶的授權(quán)頻譜進(jìn)行協(xié)作頻譜狀態(tài)預(yù)測(cè)，有效降低了多個(gè)初級(jí)用戶場(chǎng)景下協(xié)作頻譜狀態(tài)預(yù)測(cè)的復(fù)雜度。
　　2.研究了基于頻譜狀態(tài)持續(xù)時(shí)間預(yù)測(cè)的次級(jí)用戶頻譜感知間隔優(yōu)化方法。傳統(tǒng)的頻譜感知技術(shù)要求次級(jí)用戶在每個(gè)時(shí)隙的開(kāi)始階段進(jìn)行一次頻譜感知。而真實(shí)頻譜使用數(shù)據(jù)則表明任一頻譜狀態(tài)都以一定概率持續(xù)若干時(shí)隙。在上述背景下，次級(jí)用戶的最優(yōu)頻譜感知間隔，即次級(jí)用戶兩次頻譜感知之間間隔多少個(gè)時(shí)隙，成為一個(gè)值得研

5、究的課題。具體的研究包括:
　　1)次級(jí)用戶用一個(gè)隱馬爾科夫模型來(lái)描述頻譜狀態(tài)的變化規(guī)律，并通過(guò)分析該模型預(yù)測(cè)頻譜狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。
　　2)基于對(duì)頻譜狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的預(yù)測(cè)結(jié)果，進(jìn)一步預(yù)測(cè)次級(jí)用戶采用某一頻譜感知間隔時(shí)將會(huì)錯(cuò)過(guò)的傳輸機(jī)會(huì)、對(duì)初級(jí)用戶造成的干擾、以及次級(jí)用戶網(wǎng)絡(luò)的吞吐量等指標(biāo)。針對(duì)每個(gè)指標(biāo)，基于Sigmoid函數(shù)設(shè)計(jì)次級(jí)用戶的滿意度函數(shù)。綜合考慮各個(gè)指標(biāo)的滿意度，次級(jí)用戶能夠確定最優(yōu)的頻譜感知間隔。
　　3.

6、設(shè)計(jì)了基于頻譜質(zhì)量預(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)頻譜接入方案?？紤]到傳統(tǒng)的隨機(jī)動(dòng)態(tài)頻譜接入方案忽略了接入不同質(zhì)量的頻譜會(huì)帶來(lái)不同的網(wǎng)絡(luò)性能這一問(wèn)題，提出一種新型的基于頻譜質(zhì)量預(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)頻譜接入方案，使得次級(jí)用戶能夠優(yōu)先選擇高質(zhì)量頻譜進(jìn)行接入，從而有效改善網(wǎng)絡(luò)性能。具體而言:
　　1)次級(jí)用戶用非平穩(wěn)隱馬爾科夫模型準(zhǔn)確的描述頻譜狀態(tài)的變化過(guò)程及自身的頻譜感知過(guò)程，并通過(guò)貝葉斯推斷估計(jì)非平穩(wěn)隱馬爾科夫模型的參數(shù)。
　　2)通過(guò)分析貝葉斯推斷獲得的非