【正文】 b0to1, prob1to1, T)。 AvgRewardOptimal = optimal Sensing (numberOfChannels, channel Bandwidth, prob0to1, prob1to1, time, 39。 time = [1:5,8,15:5:T]。 關(guān)于三種算法的最適合條件的程序如下： Clear。 多認(rèn)知用戶時(shí)采用貪心算法的性能： 32 圖 47 認(rèn)知用戶吞吐量和信息 到達(dá)率的關(guān)系 假設(shè)條件是認(rèn)知用戶為 3，并且信道數(shù)為 10 的時(shí)候，帶寬為 1， ? = 與 ? = 時(shí)的信息到達(dá)率和認(rèn)知用戶的吞吐量的關(guān)系。由 42和 43的整體的分析可以得到，在使用貪心算法的時(shí)候，只要保證兩者的差的絕對(duì)值較大的時(shí)候 ，整體出現(xiàn)的性能更加的好。 在 42 中只是隨便的舉個(gè)了例子， case1中 ? = ,? = ， case2 中 ? =， ? =，發(fā)現(xiàn)他們之間的差距并不是很大。由上面的圖可以看出，在 ? 與 ? 的 值 保持為 時(shí)，即處于自由狀態(tài)的時(shí)候，對(duì)于認(rèn)知用戶來(lái)說(shuō)并不是個(gè)很好的信息，所獲得 的吞吐量是最少的。 上面的是主程序 中的主要部分 ，在主程序中有運(yùn)用一個(gè) greedy Sensing 的功能程序，其程序如下： Function avgReward = greedy Sensing (numberOfChannels, channel Bandwidth, prob0to1, prob1to1, T) avgReward = consume (reward) / MAX ./ (1:T)。)。Case 3: \alpha = , \beta = 39。 Legend (39。.39。 prob1to1 = 。 numberOfChannels = 3。 在 ? 與 ? 值不一樣， 在帶寬為 1，信道數(shù)目為 3，時(shí)隙為 40時(shí) ， 分為三種情況來(lái)分析次優(yōu)算法的性能。下面的算法可以再得知 PU的通信 情況下 獲得一些先驗(yàn)信息，然后 SU根據(jù)算法 ,可以進(jìn)行信道的測(cè)試及接入。 圖 36 虛警和漏警的關(guān)系圖 27 4. 仿真過(guò)程及結(jié)果分析 針對(duì) 上面的算法 方案，進(jìn)行一些相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，即圖標(biāo)分析，能夠更清晰明了的明白所提出的理論 的主要目的以及能夠?qū)崿F(xiàn)的功能是哪些。如果將 1H 誤檢測(cè)為 0H ，將出現(xiàn)漏警的情況，導(dǎo)致與授權(quán)用戶的沖突。 1 (a. =1, .aK =1) 。 有檢測(cè)錯(cuò)誤時(shí)的 算法 存在檢測(cè)錯(cuò)誤的情況下，不只檢測(cè)與接入策略，還包括頻譜探測(cè)器的操作參數(shù)，都將影響到機(jī)會(huì)頻譜接入網(wǎng)絡(luò)的性能以及對(duì)授權(quán)用戶的干擾情況。雖然最優(yōu)策略可以在認(rèn)知用戶開(kāi)始接入頻譜前預(yù)先計(jì)算好并保存下來(lái)，但是它無(wú)法適用于頻譜占用的統(tǒng)計(jì)特性頻繁變化的情況。因而，最優(yōu)策略就由全部 T 時(shí)隙內(nèi)的置信區(qū)間 、 ? 向量和最佳決策確定下來(lái)了。最后還研究了存在檢測(cè)錯(cuò)誤情形下的檢測(cè)與接入策略。需要注意的是，沖突概率 CP 通常由檢測(cè)與接入策略 ? 和頻譜探測(cè)器的操作參數(shù)共同決定 。因此，可以將收益函數(shù)定 義為，在信 23 道狀態(tài)為 j的情況下，用戶選擇檢測(cè) A1個(gè)信道和接入 A2信道 進(jìn)行傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)。 對(duì)于任意的 時(shí)隙 ，在時(shí)隙 t時(shí)，載體 )(t? 是一個(gè)最佳行為 {A1， A2}的充分統(tǒng)計(jì) 量 [17]。 22 圖 33 機(jī)會(huì)頻譜接入網(wǎng)絡(luò)的 馬爾科夫過(guò)程模型 其中，在圖中所呈現(xiàn)的 jP,i 是轉(zhuǎn)換概率，21, AAjr是指用戶能夠獲得的增 益，在下面的增益函數(shù)中也會(huì)提到， Aj,? 是判斷信道是否能夠被認(rèn)知用戶所使用的量 。 在 POMDP模型的整個(gè)過(guò)程為：認(rèn)知用戶在周圍的無(wú)線環(huán)境中檢測(cè)信道的使用情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)的時(shí)候由系統(tǒng)決定來(lái)進(jìn)行信息的傳輸，系統(tǒng)自動(dòng)的產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的退避時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間消耗前沒(méi)有其他的用戶選擇接入該信道，擇系統(tǒng)開(kāi)始在這個(gè)信道中傳輸，并且在傳輸完畢的時(shí)候返回一個(gè)成功的確認(rèn)信號(hào)。在每個(gè) 時(shí)隙 中，二級(jí)用戶選擇一組感知和信道 訪問(wèn)渠道。樣品對(duì)于 N = 2的狀態(tài)演化的路徑如圖 32所示。 N）。該向量對(duì)于感知信道是否能夠被使用是很多益處的。該算法累積過(guò)往對(duì)外界信道的檢測(cè)信息作為當(dāng)前決策的先驗(yàn)知識(shí)，以最大化網(wǎng)絡(luò)吞吐量和頻譜利用率為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜接入。一種次優(yōu)但也能夠與之媲美的策略已經(jīng)形成。這個(gè)決策的理論方法集成設(shè)計(jì)在 MAC層與頻譜接入?yún)f(xié)議。 （ 5） 這 個(gè)時(shí)候，為了保證二級(jí)用戶的通信能夠較通暢的進(jìn)行，二級(jí)用戶必須及時(shí)的 19 從能夠使用的空閑信道中選出當(dāng)前狀態(tài)最好 的信道進(jìn)行通信 。下面是總 體上來(lái)說(shuō)，對(duì)于動(dòng)態(tài)的頻譜管理的具體的要求所在： （ 1）用戶必須自行對(duì)動(dòng)態(tài)的頻譜進(jìn)行事實(shí)的測(cè)試判斷，哪些頻譜是適合自己使用的 。在實(shí)際的應(yīng)用中不僅僅需要一定的理論基礎(chǔ)，同時(shí)必須通過(guò)一些軟件的仿真結(jié)果來(lái)得知哪些外界條件比如硬件的設(shè)備、算法或者其他的干擾方面對(duì)于動(dòng)態(tài)頻譜起到的重要的影響。這樣認(rèn)知用戶總是處于動(dòng)態(tài) 的尋找可用的頻帶中，所以稱這種認(rèn)知為 機(jī)會(huì)頻譜接入。 從而可以盡快地發(fā)現(xiàn)非法的惡意攻擊終端。但以 上所說(shuō)的這些只是 CR 極小的一部分應(yīng)用，這些技術(shù)能夠按照漸進(jìn)的方式來(lái)擴(kuò)展直到實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)線電所承諾的全部性能。所以在分給軍事的頻段必須是在不參與任何的商業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施上，通過(guò)一些參數(shù)的設(shè)置來(lái)保證通信的質(zhì)量。所以商人在帶動(dòng)認(rèn)知無(wú)線電的發(fā)展方面也起到了很好的促進(jìn)作用。碰撞時(shí)不可避免的。下面主要討論一下在發(fā)送數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度上的影響[14]。整體的步驟還是一樣的，主要的差距就是在發(fā)送的長(zhǎng)度大于此用戶需要發(fā)送的信息的長(zhǎng)度時(shí)的等待時(shí)間，主要是判斷該主信道是否有被一直抽中使用。假設(shè)在任意的時(shí)刻二級(jí)用戶 需要傳輸?shù)臅r(shí)長(zhǎng)為 l,那么信道 I 從初始狀態(tài)停留的時(shí)間 iX 超過(guò) l 的概率為??? ????? l li iedxxflXP ?)(1)( i 。所以信道的選擇也是很重要的。但是如果探測(cè)周期很短，這個(gè)會(huì)浪費(fèi)資源， 并且技術(shù)上比較難實(shí)現(xiàn)。 整個(gè)的感知過(guò)程是在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的物理層中進(jìn)行的，在感知的時(shí)候要求感應(yīng)器必須具備很高的精確度，并且能隨時(shí)的感知頻譜。在 其他條件不變 的情況下，把 ? 的概率不斷的增加，相應(yīng)的 ?的值不斷的減少，通過(guò)仿真可以得到一些曲線，具體的分析在第三部分呈現(xiàn)。檢測(cè)周期、檢測(cè)時(shí)間和搜索時(shí)間的參數(shù)如何選取，以及采用何種感知模式和信道搜索方式，才能使感知效果最優(yōu)，這都是感知機(jī)制的優(yōu)化問(wèn)題。其實(shí) 最先提出了 優(yōu)化 感知機(jī)制的 是 Ghasemi等人，主要關(guān)注感知模式的選擇和感知參數(shù)的優(yōu)化。 黑色的為頻譜14 的感知階段，而白色的為信息的傳輸階段。 影響 動(dòng)態(tài)頻譜接入 性能的因素 對(duì)于 動(dòng)態(tài)頻譜接入 來(lái)說(shuō)，它的總的工作流程大概如下： 13 圖 27 整體流程圖 由上圖可以看出，三個(gè)大塊感知、控制 和 發(fā)送都會(huì)影響到 整個(gè) 動(dòng)態(tài)頻譜接入 的實(shí)現(xiàn)結(jié)果。 3．根據(jù)二級(jí)用戶的接入模型來(lái)分類 這種分類主要為三種：基本的二級(jí)用戶、窄帶的二級(jí)用戶和寬帶的二級(jí)用戶。 對(duì)于空域接入來(lái)說(shuō)，主要是在空間中，這種接入方式主要是 SU 通過(guò)功率的控制來(lái)保證 PU 的通信質(zhì)量，從而占用空閑信道的方法。 分層接入模型： 這種模型如同上面的共享型一樣，主要也是針對(duì)共享性比較差的情況。 而動(dòng)態(tài)頻譜分配則是在某些時(shí)刻能夠把無(wú)線頻譜的一部分分配給某一無(wú)線接入網(wǎng)，其他用戶不得使用，但是這種分配方法不能滿足通信過(guò)程中的突發(fā)性。具體的分類如下所示： Qing Zhao等人的 系統(tǒng)理論上來(lái)分類 [12] 動(dòng)態(tài) 頻譜接入大概可以分為三種類型：動(dòng)態(tài)獨(dú)享型、開(kāi)放共享型和分層 接入型。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù) [11]是針對(duì)現(xiàn)有頻譜分配策略的三個(gè)主要弊端提出的：一是固定分配；二是共享性差；三是對(duì)頻譜如何使用的嚴(yán)格限制。 認(rèn)知無(wú)線電動(dòng)態(tài)頻譜接入模型 在剛開(kāi)始的 無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)頻譜的利用是基于靜態(tài) 頻譜分配策略 的 ，無(wú)線通信系統(tǒng)只能嚴(yán)格按照頻譜的劃分， 授權(quán)用戶占用著自己的頻段 ，并 從這些頻段中挑選出最適合自己的通信通道。 （ 4） Drive/Over Drive：是通過(guò)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中采用通用協(xié)調(diào)信道來(lái)進(jìn)行頻譜接入的活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜的分配。其他 的功能在應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層中都有[8] 10 體現(xiàn)。認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)采用的就是 CR技術(shù)，能夠感知周圍的無(wú)線環(huán)境的變化，并且也能夠通過(guò)對(duì)于外界環(huán)境的感知來(lái)調(diào)整工時(shí)的參數(shù)來(lái)達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定通信狀態(tài)。但由于認(rèn)知無(wú)線電的具有一定的特殊性，必須滿足很多的條件，比如頻域時(shí)域的要求等，這就要求從形形色色的頻譜分析算法中條算出最合適的進(jìn)行運(yùn)行以及改進(jìn)。對(duì)于模擬信號(hào)來(lái)說(shuō)，先是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，使其離散，然后利用離散傅里葉（ DFT）或者快速傅立葉（ FFT）來(lái)分析圖像的幅度（ ABS）和相位（ ANGLE），但是對(duì)于數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō)，可以省略一些步驟，可以直接的進(jìn)行離散傅里葉或快速傅里葉變換。 對(duì) 信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，主要是進(jìn)行傅里葉的變換，得到相應(yīng)的振幅譜和相位譜。 兩者之間的差距主要是博弈論是隨機(jī)的，而迭代算法是按照奇異算法來(lái)決定的。 ：適用于主用戶的信號(hào)具有周期平穩(wěn)的情況，這種檢測(cè)可以區(qū)分噪頻譜感知 干擾檢查 能量檢測(cè) 發(fā)射源檢測(cè) 匹配濾波器檢測(cè) 合作檢測(cè) 周期平穩(wěn)過(guò)程特征檢測(cè) 8 聲和信號(hào)的類型，檢測(cè)的靈敏度較高，但是由于計(jì)算的復(fù)雜程度較高，需要等待較長(zhǎng)的時(shí)間才能夠觀察到結(jié)果。因?yàn)橹恍枰容^信噪比，所以這種檢測(cè)方法的耗時(shí)較少并且能夠擁有較高的處理增益。 圖 24 頻譜感知 的結(jié)構(gòu)圖 圖 24 是 顯示了頻譜感知技術(shù)中的主要檢測(cè)方法 [9]。 非授權(quán) 用戶的動(dòng)態(tài) 頻譜 接入 過(guò)程 ，在認(rèn)知無(wú)線電 網(wǎng)絡(luò)下， 存在兩種不同的 感知場(chǎng)景：信道搜索 以及信道監(jiān)視。所以在頻譜感知中就需要讓非授權(quán)用戶的感應(yīng)器能夠較精確的感應(yīng)出此刻的授權(quán)用戶是否在使用其授權(quán)的信道，如果精度達(dá)不到一定的要求，那會(huì)嚴(yán)重的干擾到授權(quán)用戶以及非授權(quán)用戶的進(jìn)程，這樣對(duì)于提出的認(rèn)知無(wú)線電就失去了意義。 6 圖 23 認(rèn)知 用戶 感知 頻譜 圖 頻譜感知 技術(shù) 認(rèn)知用戶即所謂的 非授權(quán) 用戶通過(guò)各種各樣的信號(hào)檢測(cè)等方法來(lái)獲取無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的頻譜使用的信息 的過(guò)程叫做頻譜的感知。 認(rèn)知無(wú)線電中的 關(guān)鍵技術(shù) 雖然認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)在發(fā)展，但是目前 的認(rèn)知無(wú)線電 還是處于一個(gè)比較初級(jí)的狀態(tài)，很多的技術(shù)都不太 成熟。 動(dòng)態(tài)頻譜管理是基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ，細(xì)粒度的改進(jìn)頻譜資源優(yōu)化 。如 圖 22所示。 在有空閑的頻譜時(shí)，認(rèn)知無(wú)線電給周圍的無(wú)線環(huán)境 發(fā)射信號(hào) ，對(duì)頻譜進(jìn)行檢測(cè)，找出空閑的 信道，無(wú)線環(huán)境會(huì)給認(rèn)知用戶一個(gè)反饋，包括授權(quán)用戶的 及時(shí)狀態(tài)以及其他的認(rèn)知用戶的工作狀態(tài)等等 ，根據(jù)這個(gè)反饋信息，認(rèn)知 用戶進(jìn)行頻譜分析，把能夠使用的空閑信道作為自己使用的對(duì)象，并采用比較適合的 算法 來(lái)接入并 發(fā)送數(shù)據(jù)。 所以 ， SDR 著重于 用 無(wú)線電 的 系統(tǒng)信號(hào)處理 來(lái)實(shí)現(xiàn) ；但是認(rèn)知無(wú)線電更加注重該系統(tǒng) 是否 能夠 對(duì)變化的環(huán)境進(jìn)行感知 ，并 通過(guò)感知的結(jié)果進(jìn)而4 調(diào)整 系統(tǒng) 的 工作參數(shù)。 經(jīng)過(guò) 查閱 認(rèn)知無(wú)線電相關(guān)的資料之后， 初步了解了認(rèn)知無(wú)限電是針對(duì)授權(quán)頻譜的，所以在實(shí)現(xiàn)資源的共享時(shí)，對(duì)于認(rèn)知無(wú)線電必須有一定的規(guī)范，基本要求主要有兩個(gè)方面 。還有一種 是 以 維吉尼亞技術(shù)中心為代表 的，其中以 Risers 為首 要人物 [6]，由于認(rèn)為 Mitola 的理論會(huì)受限于硬件平臺(tái)的計(jì)算能力，并且 其 不能夠 很好的適應(yīng)快速變化的網(wǎng)絡(luò)，所以 Risers 在不斷的鉆研下， 提出 CR不一定需要 SDR 來(lái)給予支撐， 而 采用了在 生物啟發(fā)下的 遺傳算法的 認(rèn)知模型， 并 對(duì)傳統(tǒng)無(wú)線電系統(tǒng)的物理層和媒體接入控制層（ MAC） 的演進(jìn)過(guò)程進(jìn)行建模， 對(duì)于要求靈活變通的通信時(shí)更加適用的。所以 CR 也被稱為是一項(xiàng)智能的技術(shù)。 第四章 對(duì)于 上一章提出的 接入算法 進(jìn)行仿真， 進(jìn)行性能的比較 。 本文主要工作及論文結(jié)構(gòu) 本文首先介紹了 無(wú)線電 的主要 研究背景和目前的發(fā)展情況 ，而后會(huì)介紹 一些認(rèn)知無(wú)線電 特有的幾種關(guān)鍵技術(shù)， 然后從機(jī)會(huì)頻譜接入出發(fā)展開(kāi)分析， 并重點(diǎn)研究基于 POMDP中的實(shí)現(xiàn)算法的 仿真 比較 ，具體的內(nèi)容安排如下： 第一章 主要的介紹了認(rèn)知 無(wú)線電的研究背景，以及目前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。 3． IEEE 802． 22標(biāo)準(zhǔn) 無(wú)線標(biāo)準(zhǔn) 是在 認(rèn)知無(wú)線電 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 ，該標(biāo) 準(zhǔn)定義的通信設(shè)備擁有動(dòng)態(tài)頻譜接入 (DSA)、動(dòng)態(tài)頻譜共享 (DSS)和動(dòng)態(tài)頻譜多信道接入 (DSM)三個(gè)方面的功。 頻譜池也是動(dòng)態(tài)頻譜接入中的分層接入模型里的一種填充式頻譜共享法。 由一些資料顯示， 30~2900MHz 段的頻譜利用率，在不同的頻段的利用效率有很大的不同，普遍來(lái)說(shuō)在 3~4GHz 的頻譜 利用率只有 %， 4~5GHz 僅有 %， 0~3GHz 的平均利用率也只有 %，連頻譜利用率最高的 512MHZ~902MHZ，大概是在 25%左右。并介紹了POMDP算法的三種接入方式以及對(duì)各種算法進(jìn)行仿真，比較各算法的性能。為改變這種局面，人們提出了認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)。經(jīng)過(guò) FCC研究發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)授權(quán)給現(xiàn)有無(wú)線電業(yè)務(wù)的頻譜在時(shí)間和空間上存在不同程度的閑置，即存在頻譜空洞，造成了頻譜資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。 接著 研究 了基于 POMDP（部分可觀測(cè)馬爾科夫決策過(guò)程）的機(jī)會(huì)頻譜接入算法。 另外，