【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 的時候，帶寬為 1， ? = 與 ? = 時的信息到達(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候，只要保證兩者的差的絕對值較大的時候 ，整體出現(xiàn)的性能更加的好。 在 42 中只是隨便的舉個了例子， 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，即處于自由狀態(tài)的時候，對于認(rèn)知用戶來說并不是個很好的信息，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 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，時隙為 40時 ， 分為三種情況來分析次優(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)行信道的測試及接入。 圖 36 虛警和漏警的關(guān)系圖 27 4. 仿真過程及結(jié)果分析 針對 上面的算法 方案，進(jìn)行一些相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)，通過實(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) 。 有檢測錯誤時的 算法 存在檢測錯誤的情況下，不只檢測與接入策略，還包括頻譜探測器的操作參數(shù)，都將影響到機(jī)會頻譜接入網(wǎng)絡(luò)的性能以及對授權(quán)用戶的干擾情況。雖然最優(yōu)策略可以在認(rèn)知用戶開始接入頻譜前預(yù)先計算好并保存下來，但是它無法適用于頻譜占用的統(tǒng)計特性頻繁變化的情況。因而，最優(yōu)策略就由全部 T 時隙內(nèi)的置信區(qū)間 、 ? 向量和最佳決策確定下來了。最后還研究了存在檢測錯誤情形下的檢測與接入策略。需要注意的是，沖突概率 CP 通常由檢測與接入策略 ? 和頻譜探測器的操作參數(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 A1個信道和接入 A2信道 進(jìn)行傳輸?shù)目偙忍財?shù)。 對于任意的 時隙 ，在時隙 t時，載體 )(t? 是一個最佳行為 {A1， A2}的充分統(tǒng)計 量 [17]。 22 圖 33 機(jī)會頻譜接入網(wǎng)絡(luò)的 馬爾科夫過程模型 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模型的整個過程為：認(rèn)知用戶在周圍的無線環(huán)境中檢測信道的使用情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)會的時候由系統(tǒng)決定來進(jìn)行信息的傳輸，系統(tǒng)自動的產(chǎn)生一個隨機(jī)的退避時間，在這個時間消耗前沒有其他的用戶選擇接入該信道，擇系統(tǒng)開始在這個信道中傳輸，并且在傳輸完畢的時候返回一個成功的確認(rèn)信號。在每個 時隙 中，二級用戶選擇一組感知和信道 訪問渠道。樣品對于 N = 2的狀態(tài)演化的路徑如圖 32所示。 N）。該向量對于感知信道是否能夠被使用是很多益處的。該算法累積過往對外界信道的檢測信息作為當(dāng)前決策的先驗(yàn)知識，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。這個決策的理論方法集成設(shè)計在 MAC層與頻譜接入?yún)f(xié)議。 （ 5） 這 個時候，為了保證二級用戶的通信能夠較通暢的進(jìn)行，二級用戶必須及時的 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 體上來說，對于動態(tài)的頻譜管理的具體的要求所在： （ 1）用戶必須自行對動態(tài)的頻譜進(jìn)行事實(shí)的測試判斷，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)，同時必須通過一些軟件的仿真結(jié)果來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于動態(tài)頻譜起到的重要的影響。這樣認(rèn)知用戶總是處于動態(tài) 的尋找可用的頻帶中，所以稱這種認(rèn)知為 機(jī)會頻譜接入。 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)的方式來擴(kuò)展直到實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無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，通過一些參數(shù)的設(shè)置來保證通信的質(zhì)量。所以商人在帶動認(rèn)知無線電的發(fā)展方面也起到了很好的促進(jìn)作用。碰撞時不可避免的。下面主要討論一下在發(fā)送數(shù)據(jù)包的長度上的影響[14]。整體的步驟還是一樣的，主要的差距就是在發(fā)送的長度大于此用戶需要發(fā)送的信息的長度時的等待時間，主要是判斷該主信道是否有被一直抽中使用。假設(shè)在任意的時刻二級用戶 需要傳輸?shù)臅r長為 l,那么信道 I 從初始狀態(tài)停留的時間 iX 超過 l 的概率為??? ????? l li iedxxflXP ?)(1)( i 。所以信道的選擇也是很重要的。但是如果探測周期很短，這個會浪費(fèi)資源， 并且技術(shù)上比較難實(shí)現(xiàn)。 整個的感知過程是在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的物理層中進(jìn)行的，在感知的時候要求感應(yīng)器必須具備很高的精確度，并且能隨時的感知頻譜。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)。檢測周期、檢測時間和搜索時間的參數(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 動態(tài)頻譜接入 性能的因素 對于 動態(tài)頻譜接入 來說，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，三個大塊感知、控制 和 發(fā)送都會影響到 整個 動態(tài)頻譜接入 的實(shí)現(xiàn)結(jié)果。 3．根據(jù)二級用戶的接入模型來分類 這種分類主要為三種：基本的二級用戶、窄帶的二級用戶和寬帶的二級用戶。 對于空域接入來說，主要是在空間中，這種接入方式主要是 SU 通過功率的控制來保證 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，主要也是針對共享性比較差的情況。 而動態(tài)頻譜分配則是在某些時刻能夠把無線頻譜的一部分分配給某一無線接入網(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)理論上來分類 [12] 動態(tài) 頻譜接入大概可以分為三種類型：動態(tài)獨(dú)享型、開放共享型和分層 接入型。簡單點(diǎn)說，動態(tài)頻譜接入技術(shù) [11]是針對現(xiàn)有頻譜分配策略的三個主要弊端提出的：一是固定分配；二是共享性差；三是對頻譜如何使用的嚴(yán)格限制。 認(rèn)知無線電動態(tài)頻譜接入模型 在剛開始的 無線通信系統(tǒng)對頻譜的利用是基于靜態(tài) 頻譜分配策略 的 ，無線通信系統(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：是通過在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中采用通用協(xié)調(diào)信道來進(jìn)行頻譜接入的活動，從而實(shí)現(xiàn)動態(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)知無線電網(wǎng)絡(luò)采用的就是 CR技術(shù)，能夠感知周圍的無線環(huán)境的變化，并且也能夠通過對于外界環(huán)境的感知來調(diào)整工時的參數(shù)來達(dá)到整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定通信狀態(tài)。但由于認(rèn)知無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)。對于模擬信號來說，先是對模擬信號進(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）來分析圖像的幅度（ ABS）和相位（ ANGLE），但是對于數(shù)字信號來說，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 信號進(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決定的。 ：適用于主用戶的信號具有周期平穩(wěn)的情況，這種檢測可以區(qū)分噪頻譜感知 干擾檢查 能量檢測 發(fā)射源檢測 匹配濾波器檢測 合作檢測 周期平穩(wěn)過程特征檢測 8 聲和信號的類型，檢測的靈敏度較高，但是由于計算的復(fù)雜程度較高，需要等待較長的時間才能夠觀察到結(jié)果。因?yàn)橹恍枰容^信噪比，所以這種檢測方法的耗時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)中的主要檢測方法 [9]。 非授權(quán) 用戶的動態(tài) 頻譜 接入 過程 ，在認(rèn)知無線電 網(wǎng)絡(luò)下， 存在兩種不同的 感知場景：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，這樣對于提出的認(rèn)知無線電就失去了意義。 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) 用戶通過各種各樣的信號檢測等方法來獲取無線網(wǎng)絡(luò)中的頻譜使用的信息 的過程叫做頻譜的感知。 認(rèn)知無線電中的 關(guān)鍵技術(shù) 雖然認(rèn)知無線電技術(shù)在發(fā)展，但是目前 的認(rèn)知無線電 還是處于一個比較初級的狀態(tài)，很多的技術(shù)都不太 成熟。 動態(tài)頻譜管理是基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃來實(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，認(rèn)知無線電給周圍的無線環(huán)境 發(fā)射信號 ，對頻譜進(jìn)行檢測，找出空閑的 信道，無線環(huán)境會給認(rèn)知用戶一個反饋，包括授權(quán)用戶的 及時狀態(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象，并采用比較適合的 算法 來接入并 發(fā)送數(shù)據(jù)。 所以 ， SDR 著重于 用 無線電 的 系統(tǒng)信號處理 來實(shí)現(xiàn) ；但是認(rèn)知無線電更加注重該系統(tǒng) 是否 能夠 對變化的環(huán)境進(jìn)行感知 ，并 通過感知的結(jié)果進(jìn)而4 調(diào)整 系統(tǒng) 的 工作參數(shù)。 經(jīng)過 查閱 認(rèn)知無線電相關(guān)的資料之后， 初步了解了認(rèn)知無限電是針對授權(quán)頻譜的，所以在實(shí)現(xiàn)資源的共享時，對于認(rèn)知無線電必須有一定的規(guī)范，基本要求主要有兩個方面 。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 的理論會受限于硬件平臺的計算能力，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 對傳統(tǒng)無線電系統(tǒng)的物理層和媒體接入控制層（ MAC） 的演進(jìn)過程進(jìn)行建模， 對于要求靈活變通的通信時更加適用的。所以 CR 也被稱為是一項智能的技術(shù)。 第四章 對于 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 無線電 的主要 研究背景和目前的發(fā)展情況 ，而后會介紹 一些認(rèn)知無線電 特有的幾種關(guān)鍵技術(shù)， 然后從機(jī)會頻譜接入出發(fā)展開分析， 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) 無線標(biāo)準(zhǔn) 是在 認(rèn)知無線電 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 ，該標(biāo) 準(zhǔn)定義的通信設(shè)備擁有動態(tài)頻譜接入 (DSA)、動態(tài)頻譜共享 (DSS)和動態(tài)頻譜多信道接入 (DSM)三個方面的功。 頻譜池也是動態(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，普遍來說在 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)知無線電技術(shù)。經(jīng)過 FCC研究發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)授權(quán)給現(xiàn)有無線電業(yè)務(wù)的頻譜在時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（部分可觀測馬爾科夫決策過程）的機(jī)會頻譜接入算法。 另外，