文档介绍：电子科技大学
博士学位论文
认知无线电系统中自适应跨层优化机制的研究
姓名:朱江
申请学位级别:博士
专业:通信与信息系统
指导教师:李少谦
20090901
摘要未来无线通信系统中频谱资源的稀缺以及复杂通信系统的运维成为无法回避的重要问题,为此学术界提出了一种基于认知技术的智能通信系统,即认知无线电系统。随着数字信号处理、计算机网络、人工智能等技术的快速发展,高度综合这些技术来实现认知无线电系统已成为可能。如何让认知无线电系统感知环境,并利用人工智能技术从环境中学习,通过实时重配某些跨层运行参数使系统适应环境的变化,从而实现复杂通信系统中满足用户需求的灵活可靠通信以及频谱资源的有效利用。已成为未来无线通信系统的研究热点,也是本文研究的出发点。本文主要对认知无线电系统的频谱感知与接入、传输与调度等自适应跨层无线资源管理方面的技术进行了研究,主要研究内容和取得的创新性成果如下:⑹紫忍岢隽巳现N尴叩缦低持卸灯赘兄!⒔尤搿⒋洹⒌鞫鹊目绮阌化框架。在此框架下,根据频谱可用性和频谱感知结果的变化规律,将授权系统对频谱的占用过程建模为交替更新过程。并由此推导出频谱可用性的统计规律,将频谱感知结果建模为离散时间马尔科夫链。由于基于该优化框架的约束马尔科夫决策过程具有特殊性,即认知无线电用户的行动不会对系统状态产生影响,根据这一特点,对传统的线性规划解法作了修改,简化了求解过程。为了解决马尔科夫决策过程因变量过多而导致的“维灾侍猓捎貌呗苑掷敕直鹎蠼庾钣沤入策略和最优传输策略,减少变量数。同时提出了不需要求解线性规划问题的启发式算法。⒃谇懊嫜芯康幕∩希现N尴叩缦低秤τ糜诨肪巢问粗5那榭觯系统缺乏马尔科夫决策过程状态转移的先验概率信息。为此采用一种强化学习算法,即埃沟孟低衬芄蛔允视Φ卮踊肪持醒敖谱钣挪呗浴=谱钣挪呗考虑了由缓存器内分组数量决定的氤て谄骄β市手涞钠胶馕侍狻N=决爸皇屎嫌谖拊际穆矶品蚓霾吖痰奈侍猓肜窭嗜粘俗臃ń际问题转换为非约束问题。利用拉格朗日乘子的单调特性,提出了一种基于黄金分割算法的拉格朗日乘子搜索算法。此外还提出了一种状态空间压缩法和行动集缩减法以减少八璧哪诖孀试矗⑻岣逺学习的收敛速度。同时还证明了在某些合理的假设条件下,该压缩法和缩减法不会影响笆樟驳阶钣挪呗浴⑶懊娴难芯抗ぷ髡攵缘氖堑ビ没А⒌チ绰返那榭觯淅┱沟蕉嘤没Ь赫
频谱资源的认知无线电网络中:利用微观经济学中的拍卖理论,提出了一种基于重复多标拍卖的频谱分配机制。在此机制下,网络用户是竞标者,接入点或基站在一次拍卖中充当拍卖人。竞标者为满足自身效用给频谱资源投标,由拍卖人根据最大化网络收益原则确定胜利者。为迎合不同的曜迹贫巳植煌钠谱分配优化目标,以及相对应的三种竞标者的价值函数。和其它分配机制相比较,本文提出的基于重复多标拍卖的机制具有几点优势:具有分散的特点,而且所需的信令交互以及计算开销都很小。关键词:认知无线电系统,跨层设计,频谱管理,马尔科夫决策过程,强化学习摘要
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日期:叩年胁月产日独创性声明论文使用授权本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或C艿难宦畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名:的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
第一章绪论研究背景及意义本章首先对认知无线电系统的研究背景及意义进行了总结,然后回顾了认知无线电系统的研究现状,归纳了认知无线电系统的基本定义。根据认知无线电系统的基本功能与基本目标,提出了一种基于认知环的自适应控制机制,它是对认知无线电系统研究方法与研究内容的总概括。最后,对本论文的创新之处、论文结构和内容安排进行了说明。技术的不断发展以及用户对业务需求的不断增加使得无线通信系统与人们的工作、生活日益紧密结合,但随之而来带给研究者、生产商、运营商、用户的是系统中两种不可回避的问题:灯鬃试慈狈频谱资源的缺乏一方面是由于用户以及业务数量的急剧增加,但主要方面是由于传统的频谱分配策略不合理。传统的频谱分配策略主要基于两种方式。首先是固定的频谱分配方式,即频谱管理部门将频谱分割成固