文档介绍：基于DSP的认知无线电通信盟设计
作者:崔龙专业:通信工程
指导教师:杨震指导单位:通信与信息工程学院
摘要:本论文课题源于导师的国家高技术研究发展计划(863计划)“基于联盟博弈认知模型的动态频谱接入技术研究”(编号:2009AA1Z241)。针对现有的认知次用户间多采用非合作的协议方式进行通信的模式,本文研究并实现了一种运用联盟博弈思想基于DSP的认知无线电通信盟设计。
目前基于博弈论的认知无线电研究多侧重非合作博弈,而合作博弈则具有能使博弈各方整体收益最大化的优点,所以本文首先引入了联盟博弈的思想,提出了一种基于RSSI类蜂窝式拓扑结构的通信盟模型,并将最大化系统吞吐量作为数学模型的求解目标,随后设计出了基于离散随机逼近的通信盟频谱调度算法并联合注水算法共同求解,算法定义了通信联盟盟内和盟间的接入方式和通信协议,最后利用联盟形成博弈理论中的和准则分析了算法的稳定性。
基于上述算法又设计并实现了联盟博弈下的通信盟软硬件DSP平台。模拟了整个通信盟场景,设计了平台架构和系统软硬件模块,编写了通信盟算法实现程序,并在VC平台下设计了通信盟上位机交互演示界面,成功验证了所提出的算法。
关键词:认知无线电;联盟博弈;通信结盟;随机逼近;RSSI
一、绪论
无线电频谱是一种非常宝贵的资源,但随着社会的不断发展和科技的日新月异以及物联网的飞速普及,无线频谱资源却越来越紧张。在这种背景下,认知无线电(Cognitive Radio, CR) 技术应运而生,CR技术通过在时间和空间上充分利用空闲的频谱资源,从而可以有效的缓解或解决上述频谱资源紧张的情况。联盟博弈(Coalition Game)理论主要研究多个参与者组成的联盟,协调参与者彼此策略的制约或惩罚机制以便于联盟的形成,根据参与者个体和网络整体需要,组成动态的部分用户联盟,以减少网络开销,实现频谱资源共享。
本课题的硬件实现采用TI公司OMAP(Open Multimedia Applications Platform)系列的OMAP5912双核处理器DSP。该OMAP平台在同一硅片上无缝集成一个ARM9 处理器、一个 TMS320C55x™ DSP 以及 PDT 专用外设,平台具有可扩展、灵活而开放的构架,长期以来一直以最佳性能和极低功耗而著称。OMAP5912平台为本课题的实现提供了一个强大的软硬件基础。
二、联盟博弈思想下基于RSSI的类蜂窝式拓扑结构的通信盟设计
在本文设计的认知无线电通信系统中,认知节点通过结盟设立一级基站管理、二级盟主管理的分层管理模式,优化了系统的信令开销,使得认知节点可以使用较少的功率直接和盟主交互信令而不需每次与基站进行信令交互。通过建立用户业务触发的机制,系统的吞吐量得到了进一步的提升。
本文提出一种基于RSSI能量值检测的结盟判断依据,这个准则可以解决目前基于距离结盟所产生的不足。而且,获取RSSI值不需要增加较大的计算量和额外的硬件,应用成本较低。RSSI (Received Signal Strength Indication)指接收信号强度指示,是基站(BS)或者盟主侧的指标。设某业务所能容忍的最大误码率为,则RSSI的能量下限:
(1)
在通信结盟的拓扑结构设计中,将GSM的蜂窝式网络架构经过变换后引入到设计中,提出了基于RSSI