认知无线通信频谱分析与决策技术研究
发布时间：2023-10-30 18:02
随着无线通信技术的快速发展,用于固定分配的频谱资源短缺与部分已分配频段频谱利用率低下的矛盾愈发突出。得益于具备较好的灵活性,认知无线电技术被认为能够解决这一矛盾,即在保障不占用(划分)过多的独享频谱资源的前提下,通过合理适时地利用空闲频谱,满足无线通信日益增长的用频需求,且带来尽量少的、主用户可以接受的干扰。认知无线电技术一般包含频谱感知、频谱分析与决策、频谱共享、频谱移动性管理等内容。基于频谱感知结果(数据),频谱分析与决策技术首先对频谱资源在多个维度的可用性方面进行分析和研究,然后根据分析结论,以一定的优化目标制定相应的认知通信策略。本文针对认知无线电频谱分析与决策过程中的关键技术问题,对共享频谱分别进行了时、空、频维度的可用性预测分析,并开展了基于频谱感知分析结果的资源配置决策研究。论文的主要贡献总结如下:第一,论文研究了时域突发性频段的频谱预测问题。首先利用频谱仪等硬件设备对使用竞争方式接入信道的频段进行了时域数据采集,并对数据进行了相应的预处理;然后分析了数据的信道占用率、自相似性、信道熵、占空时长方差、自相关性等多种特征,以表征频段的时域突发性;最后提出了一种基于强化学习的...
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 认知无线电技术的发展现状
1.2.1 频谱感知
1.2.2 频谱分析与决策
1.2.3 频谱共享
1.2.4 频谱移动性管理
1.3 频谱分析与决策技术研究现状
1.3.1 时间维度频谱预测技术
1.3.2 频谱图构建技术
1.3.3 基于频谱预测的认知通信策略
1.3.4 认知通信过程的资源分配技术
1.3.5 频谱分析与决策技术尚存的不足
1.4 论文研究内容
1.5 论文结构安排
第二章 时域突发性频段的频谱预测技术研究
2.1 引言
2.2 系统模型与采集数据描述
2.2.1 系统模型
2.2.2 采集数据描述
2.3 采集数据特征分析
2.3.1 信道占用水平
2.3.2 WiFi帧的自相似性
2.3.3 信道可预测性
2.3.4 信道占用波动情况
2.3.5 信道占用自相关性
2.4 常用的频谱预测方法
2.4.1 基于隐马尔可夫模型的频谱状态预测法
2.4.2 基于多层感知机的频谱状态预测法
2.5 基于多层感知机的强化学习频谱预测方法
2.5.1 RLMLP方法动机
2.5.2 RLMLP方法细节
2.6 性能验证与分析
2.6.1 方法性能验证
2.6.2 方法适用性分析
2.7 本章小结
第三章 基于有向主用户定位的频谱图构建技术研究
3.1 引言
3.2 系统模型
3.3 参数估计性能界推导
3.3.1 多参数估计的卡尔美罗下界
3.3.2 不同主用户数量间CRLB关系
3.4 有向主用户定位方法
3.4.1 最大似然估计法
3.4.2 最大似然-期望最大化方法
3.4.3 复杂度分析
3.5 性能仿真与分析
3.5.1 仿真设置
3.5.2 定位与参数估计性能
3.5.3 频谱图构建性能验证
3.6 本章小结
第四章 基于频谱预测的频域多信道优选方法
4.1 引言
4.2 系统模型与研究动机
4.2.1 系统模型
4.2.2 研究动机
4.3 基于长短时记忆网络的频谱预测方法
4.3.1 LSTM网络基本结构
4.3.2 基于LSTM网络的频谱预测
4.4 信道优选使用方法
4.4.1 最优频谱感知时间间隔
4.4.2 候选信道选择
4.4.3 候选信道排序
4.4.4 优选使用方法
4.5 性能仿真与分析
4.5.1 基于LSTM网络预测方法的性能
4.5.2 信道优选使用方法的性能
4.5.3 信道优选方法适用性分析
4.6 本章小结
第五章 基于终端用频推荐的认知卫星资源分配技术研究
5.1 引言
5.2 相关工作
5.3 应用场景与数学模型
5.3.1 认知卫星通信应用场景
5.3.2 系统模型
5.3.3 资源分配问题描述
5.4 信道选择与波束跳换方案
5.4.1 信道选择
5.4.2 波束跳换方案
5.5 资源分配
5.5.1 认知卫星通信过程
5.5.2 以MT为目标的资源分配
5.5.3 以MDSV为目标的资源分配
5.6 性能仿真与分析
5.6.1 仿真设置
5.6.2 目标MT资源分配的性能评价
5.6.3 目标MDSV资源分配的性能评价
5.7 本章小结
第六章 全文总结及展望
6.1 论文的研究总结
6.2 论文进一步研究方向展望
参考文献
附录一 缩略语列表
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
本文编号：3858928
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 认知无线电技术的发展现状
1.2.1 频谱感知
1.2.2 频谱分析与决策
1.2.3 频谱共享
1.2.4 频谱移动性管理
1.3 频谱分析与决策技术研究现状
1.3.1 时间维度频谱预测技术
1.3.2 频谱图构建技术
1.3.3 基于频谱预测的认知通信策略
1.3.4 认知通信过程的资源分配技术
1.3.5 频谱分析与决策技术尚存的不足
1.4 论文研究内容
1.5 论文结构安排
第二章 时域突发性频段的频谱预测技术研究
2.1 引言
2.2 系统模型与采集数据描述
2.2.1 系统模型
2.2.2 采集数据描述
2.3 采集数据特征分析
2.3.1 信道占用水平
2.3.2 WiFi帧的自相似性
2.3.3 信道可预测性
2.3.4 信道占用波动情况
2.3.5 信道占用自相关性
2.4 常用的频谱预测方法
2.4.1 基于隐马尔可夫模型的频谱状态预测法
2.4.2 基于多层感知机的频谱状态预测法
2.5 基于多层感知机的强化学习频谱预测方法
2.5.1 RLMLP方法动机
2.5.2 RLMLP方法细节
2.6 性能验证与分析
2.6.1 方法性能验证
2.6.2 方法适用性分析
2.7 本章小结
第三章 基于有向主用户定位的频谱图构建技术研究
3.1 引言
3.2 系统模型
3.3 参数估计性能界推导
3.3.1 多参数估计的卡尔美罗下界
3.3.2 不同主用户数量间CRLB关系
3.4 有向主用户定位方法
3.4.1 最大似然估计法
3.4.2 最大似然-期望最大化方法
3.4.3 复杂度分析
3.5 性能仿真与分析
3.5.1 仿真设置
3.5.2 定位与参数估计性能
3.5.3 频谱图构建性能验证
3.6 本章小结
第四章 基于频谱预测的频域多信道优选方法
4.1 引言
4.2 系统模型与研究动机
4.2.1 系统模型
4.2.2 研究动机
4.3 基于长短时记忆网络的频谱预测方法
4.3.1 LSTM网络基本结构
4.3.2 基于LSTM网络的频谱预测
4.4 信道优选使用方法
4.4.1 最优频谱感知时间间隔
4.4.2 候选信道选择
4.4.3 候选信道排序
4.4.4 优选使用方法
4.5 性能仿真与分析
4.5.1 基于LSTM网络预测方法的性能
4.5.2 信道优选使用方法的性能
4.5.3 信道优选方法适用性分析
4.6 本章小结
第五章 基于终端用频推荐的认知卫星资源分配技术研究
5.1 引言
5.2 相关工作
5.3 应用场景与数学模型
5.3.1 认知卫星通信应用场景
5.3.2 系统模型
5.3.3 资源分配问题描述
5.4 信道选择与波束跳换方案
5.4.1 信道选择
5.4.2 波束跳换方案
5.5 资源分配
5.5.1 认知卫星通信过程
5.5.2 以MT为目标的资源分配
5.5.3 以MDSV为目标的资源分配
5.6 性能仿真与分析
5.6.1 仿真设置
5.6.2 目标MT资源分配的性能评价
5.6.3 目标MDSV资源分配的性能评价
5.7 本章小结
第六章 全文总结及展望
6.1 论文的研究总结
6.2 论文进一步研究方向展望
参考文献
附录一 缩略语列表
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
本文编号：3858928
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