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认知无线电系统的MAC层频谱检测算法研究
作 者: 李亚光
导 师: 谈振辉
学 校: 北京交通大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: 认知无线电 MAC层频谱检测 交替更新过程 检测周期 检测顺序 切换时延 切换次数
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
摘要:随着无线通信技术的迅速发展和无线业务需求的不断增长,频谱资源匮乏问题日益严重。同时,传统的固定分配方式造成频谱资源的极大浪费。认知无线电(Cognitive Radio:CR)可动态利用频谱,是解决频谱资源不足,提高频谱利用率的一个有效途径。频谱检测技术是CR的关键技术之一。MAC层频谱检测主要用于控制物理层频谱检测算法的执行。由于物理层频谱检测受设备和成本等因素的限制,因此需通过MAC层算法来提高检测的可靠度和有效性。本文选题来源于国家高技术研究发展计划(863国家重大专项),主要探讨CR中的MAC层频谱检测技术。本文基于认知无线电及其频谱检测技术的原理,深入研究了认知无线电MAC层频谱检测算法。首先将信道建模为ON/OFF状态交替分布的更新过程,结合漏检概率和中断概率,以最大化地发现可利用机会为目标,对检测周期优化算法(OSP)进行了详细的推导,并提出了基于观察窗的检测周期时变优化算法(TOSP),以跟踪信道随时间的变化。MATLAB仿真显示与检测周期固定的参考方案相比,检测周期优化算法OSP可以最大地发现可用频谱机会,提高检测效率,但算法的复杂度大于参考方案。检测周期时变优化算法TOSP能一定程度上跟踪信道随时间的变化,但算法的复杂度大大增加,且需要进一步研究观察窗的长度如何选取。本文又对随机检测算法(RSS)、信道利用率升序检测算法(CUSS)和下一时刻信道空闲率降序检测算法(OPSS)的原理进行了详细的介绍。仿真表明OPSS能有效减小平均切换时延(ASL),但其切换次数(M)很多。在综合考虑平均切换时延和切换次数的基础上,提出了下一时刻信道空闲率和剩余空闲时间联合排序检测算法(OPRTSS)。研究了重检等待时间(Tr)对各算法性能的影响。大量的仿真显示OPRTSS算法的切换次数比OPSS算法小,但平均切换时延有所上升,另外,选取合适的Tr有助于减小系统开销。
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全文目录
致谢 5-6 中文摘要 6-7 ABSTRACT 7-11 1 绪论 11-21 1.1 引言 11-12 1.2 认知无线电的概念和特征 12-14 1.2.1 认知无线电的概念 12-13 1.2.2 认知无线电的主要特征 13-14 1.3 认知无线电的主要内容与技术 14-17 1.3.1 频谱检测 14 1.3.2 频谱管理 14-15 1.3.3 频谱共享 15-16 1.3.4 频谱移动性管理 16 1.3.5 路由设计和网络安全 16-17 1.4 国内外研究现状 17-20 1.4.1 认知无线电的标准化进展 17-18 1.4.2 认知无线电系统的应用研究 18-20 1.5 本文的主要工作和结构 20-21 2 认知无线电中的频谱检测 21-32 2.1 频谱检测的目的 21-22 2.2 按检测层级划分 22-29 2.2.1 物理层频谱检测 22-26 2.2.2 MAC层频谱检测 26-29 2.3 按决策方式划分 29-30 2.4 本章小结 30-32 3 CR中MAC层频谱检测算法的研究 32-54 3.1 研究背景与意义 32-33 3.1.1 研究背景 32 3.1.2 研究目的与意义 32-33 3.2 算法模型与定义 33-40 3.2.1 信道使用模式建模 33-34 3.2.2 频谱池与接入规则定义 34-35 3.2.3 检测模式与时长的选取 35-40 3.3 检测周期优化算法 40-48 3.3.1 漏检概率的分析 41-45 3.3.2 中断概率的分析 45-46 3.3.3 求解最优检测周期 46-48 3.4 信道检测顺序算法与改进 48-53 3.4.1 两种简单的检测顺序 48-49 3.4.2 下一时刻信道空闲率降序检测算法 49-51 3.4.3 下一时刻信道空闲率和剩余空闲时间联合排序检测算法 51-52 3.4.4 改进的检测方案 52-53 3.5 本章小结 53-54 4 MAC层检测算法仿真与结果分析 54-70 4.1 漏检概率和检测周期的关系 54-55 4.2 损失的机会与检测周期的关系 55-59 4.3 检测周期优化算法的仿真与分析 59-64 4.3.1 优化检测周期的收敛 59-60 4.3.2 检测周期优化算法与参考方案的对比 60-62 4.3.3 检测周期时变优化算法的仿真与对比 62-64 4.4 信道检测顺序算法的仿真与分析 64-68 4.4.1 不同信道数时各算法仿真与分析 64-66 4.4.2 改进检测方案下各算法的仿真与分析 66-68 4.5 本章小结 68-70 5 总结与展望 70-72 5.1 总结 70-71 5.2 展望 71-72 参考文献 72-75 作者简历 75-77 学位论文数据集 77
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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