基于认知无线电的频谱利用率及其协作通信的研究

作     者：徐婷婷 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙文胜

授予年度：2018年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：认知无线电 协作通信 改进型萤火虫算法 自适应因子 混沌搜索 中继位置 

摘      要：目前频谱资源日趋紧张化,频谱使用率低,为了改善这类状况,研究者们提出了认知无线电技术。该技术是对频谱资源进行二次利用,通过共享频谱来增加认知用户对频谱的使用机会,进而提高频谱利用率。现阶段在认知无线电技术中主要有四个研究方向,即频谱感知、频谱分配、频谱共享和频谱切换,本文主要研究频谱分配算法以提高频谱利用率。其次,在网络通信过程中,信号传输存在多径衰落效应等影响通信质量的问题,该问题在认知无线电网络中同样存在,因此在认知无线电中引入协作通信技术以提高通信质量与可靠性,本文主要研究认知用户之间参与协作通信的中继节点的位置选择,通过寻求更优中继节点来提高通信服务质量。首先本文简要地介绍了论文的研究背景与意义、国内外发展现状、论文的结构和工作安排。接着阐述了认知无线电的基本理论,包括系统组成和架构,频谱分配的分类,设计频谱分配算法应当遵循的制约因素和基本原则,以及频谱分配模型。并且介绍了在认知无线电环境中与协作通信技术结合的三个主要研究方向:频谱感知,授权用户之间协作通信以及认知用户之间协作通信,对协作通信的概念及现阶段协作通信技术在认知无线电网络中的应用做了简要说明。其次,针对上述频谱利用率低等问题,本文在传统萤火虫算法的基础上,研究该算法可优化点提出改进型萤火虫算法。新算法将固定步长改为自适应可变步长,通过自适应因子动态调整步长使其有效改善传统算法搜索精度低和收敛速度慢的缺陷,并结合混沌优化策略,更新优化萤火虫个体以提升全局搜索性。通过频谱分配模型和四个标准函数实验仿真结果可得,新型萤火虫算法在搜索速度、求解精度、迭代过程稳定性以及网络效益等方面均优于传统萤火虫算法。最后,针对如何进一步提高认知无线电网络的通信质量的问题,本文将协作通信应用于认知用户之间,深入研究基于位置的中继节点选择。通过结合中继通信模型分析信道容量和中继节点位置之间的关系,进而提出可移动性中继协作方案。本文分别从单认知用户和多认知用户两种网络环境进行原理分析,在牺牲一定效率的基础上简化多认知用户之间的通信。仿真结果表明,可移动性中继协作方案优于原有中继协作方案和直传方案,在信干噪比上为三者最优。