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认知无线电网络中动态频谱接入与TCP优化方案研究

作　者: 刘建玲
导　师: 宋梅
学　校: 北京邮电大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 认知无线电网络 隐马尔科夫模型 动态频谱接入 TCP吞吐量 跨层设计
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


作为一种智能的频谱共享技术,认知无线电受到研究学者的广泛关注。它能利用具有感知功能的设备检测周围的无线环境,自适应的调整其系统参数,进而动态的接入空闲频谱,有效的提高了频谱的利用率,从而解决了无线频谱资源匮乏的问题。动态频谱接入和跨层优化技术,是认知无线电网络中的两种关键技术,前者主要研究认知用户应该在何时接入哪个信道的问题,后者主要关注TCP性能优化的问题。本文针对动态频谱接入中的信道接入决策进行了深入研究,旨在通过选择高效的接入机制来提高频谱效率,同时针对跨层优化进行了研究,意在通过联合优化底层参数来提高TCP的性能。本文首先介绍了认知无线电网络中频谱感知技术、动态频谱接入技术及跨层优化等关键技术,为下文的研究提供了理论基础。接着本文提出了基于隐马尔科夫模型(HMM)的动态频谱接入技术,利用HMM为无线信道建立模型并预测信道的下一状态,设定信道的真实状态为空闲和占用两种,利用无线设备监测到的信噪比的情况作为观察状态,将其输入到HMM模型中作为观察值序列,通过反复训练HMM模型直到其收敛,从而得到信道状态转移概率矩阵,随后将动态频谱接入过程建模为马尔科夫决策过程,确定最优策略使得期望报偿达到最大。仿真结果证明本文所提的基于HMM的动态频谱接入算法的性能要远远优于现有的随机接入策略。结合上文及现有的研究成果,为了提高认知无线电网络中端到端的传输性能,本文提出了一种基于马尔科夫决策过程的TCP跨层优化算法,通过联合优化信道接入决策、物理层调制编码方式及链路层帧尺寸等参数来提高TCP的吞吐量。仿真结果证明,本文所提算法与现有的非跨层算法相比,能够显著提高TCP的性能。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 选题背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 主要研究内容及创新点  11-13
    1.3.1 基于HMM的动态频谱接入技术研究  12
    1.3.2 TCP跨层优化技术研究  12
    1.3.3 创新点  12-13
  1.4 论文组织结构  13-15
第二章 认知无线电关键技术  15-27
  2.1 认知无线电概念及模型  15-18
    2.1.1 Mitola的定义  15-16
    2.1.2 FCC的定义  16-17
    2.1.3 Haykin的定义  17-18
  2.2 认知无线电网络中的关键技术  18-26
    2.2.1 频谱感知技术  18-20
      2.2.1.1 单点感知技术  18-19
      2.2.1.2 协作感知技术  19-20
    2.2.2 动态频谱接入技术  20-23
      2.2.2.1 DSA定义及特点  20-21
      2.2.2.2 DSA分类  21-23
      2.2.2.3 DSA研究方法  23
    2.2.3 跨层设计技术  23-26
      2.2.3.1 TCP跨层设计现状  23-24
      2.2.3.2 TCP跨层设计原理及方法  24-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章 基于HMM的动态频谱接入技术研究  27-41
  3.1 系统模型  27-28
  3.2 基于HMM的动态频谱接入技术  28-37
    3.2.1 隐马尔科夫信道模型  28-31
    3.2.2 基于HMM的信道状态预测算法  31-36
    3.2.3 马尔科夫决策过程  36-37
      3.2.3.1 状态空间  36
      3.2.3.2 动作空间  36-37
      3.2.3.3 系统报偿  37
  3.3 仿真结果及分析  37-39
  3.4 本章小结  39-41
第四章 TCP跨层优化技术研究  41-55
  4.1 TCP吞吐量分析  41-48
    4.1.1 认知无线电网络中TCP性能分析  41-43
    4.1.2 TCP拥塞控制  43-46
    4.1.3 TCP吞吐量模型  46-48
  4.2 基于MDP的TCP跨层优化设计  48-50
    4.2.1 状态空间与转移概率  49
    4.2.2 动作空间  49-50
    4.2.3 系统报酬  50
  4.3 仿真结果及分析  50-53
  4.4 本章小结  53-55
第五章 总结及展望  55-57
  5.1 全文总结  55
  5.2 不足及下一步研究计划  55-56
  5.3 研究生期间的工作  56-57
参考文献  57-61
致谢  61-63
附录：缩略语  63-65
作者攻读学位期间发表的学术论文目录  65

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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