開題報告：認知無線電網絡中基于圖論頻譜分配算法研究

1、認知無線電網絡中基于圖論的認知無線電網絡中基于圖論的頻譜分配算法研究頻譜分配算法研究報告人：楊勁松導 師：曾碧卿碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告目錄頁目錄頁contents0101選題背景選題背景0202國內外研究進展國內外研究進展0303研究內容和計劃研究內容和計劃1 1、選題背景頻譜資源使用現狀美國美國0-6GHz頻譜資源利用率頻譜資源利用率的測量結果的測量結果p 絕大多數頻段未被充分使用絕大多數頻段未被充分使用p 高頻頻段的頻譜使用率非常低高頻頻段的頻譜使用率非常低 Fig.1 美國0-6GHz頻譜資源的使用情況頻率(GHz)0-11-22-33-44-55-6利用率

2、(%)54.435.17.60.0250.1284.6 Tab.1 美國0-6GHz的頻譜資源利用率碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告2021-10-193/161 1、選題背景認識無線電技術的發(fā)展頻分復用時分復用蜂窩小區(qū)如何才能提高頻譜利用率呢？碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告2021-10-194/161 1、選題背景認識無線電技術提出Joseph Mitola在軟件無線電概念的基礎上提出。- - 認知無線電認知無線電(Cognitive Radio)表述一種智能化的軟件無線電；通過無線電知識表示語言與網絡進行智能交流；- - Joseph Mitol

3、a表述通過與頻譜環(huán)境進行交互而改變傳參數；采用動態(tài)頻譜接入的方式使用授權頻譜，使其具有認知和重配置能力；- - FCC Fig.2 認識循環(huán)碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告2021-10-195/161 1、選題背景CRN頻譜分配問題描述頻譜分配問題可描述為： 建立動態(tài)頻譜共享機制 空閑頻譜分配給次用戶 避免對主用戶通信造成干擾 避免次用戶之間的干擾 優(yōu)化頻譜利用率 Fig.3 頻譜分配描述碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告2021-10-196/162 2、國內外研究進展認知無線電網絡的研究國外研究機構與項目國外研究機構與項目 美國國防部制定的下一代通信

4、計劃（Next Generation Communication Program, XG） 美國佐治亞理工學院提出了基于OFDM的認知無線電寬帶頻譜池系統(tǒng) 美國加州大學伯克利分校和柏林技術大學合作研發(fā)的一種利用虛擬無許可頻譜的認知無線電系統(tǒng)（CORVUS系統(tǒng)） 歐洲委員會第六次框架工程中E2R項目融合端到端重配置網絡和軟件定義無線電 美國加州大學智能網實驗室研發(fā)的采用可升級的分布式頻譜共享方案 的Nautilus系統(tǒng) FCC與2005年提出了第一個基于認知無線電的標準化協(xié)議IEEE 802.22，也叫無線區(qū)域網 （Wireless Regional Area Networks, WRAN）國內

5、會議和基金國內會議和基金2008年5月，北京郵電大學承辦了中歐認知無線電研討會 2011年中國通信與網絡國際學術會議 認知無線電專題973計劃、863計劃和國家自然科學基金都對認知無線電進行了立項支持 碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告2021-10-197/162 2、國內外研究進展CRN頻譜分配的研究CRNCRN頻譜分配的研究現狀頻譜分配的研究現狀 加利福利亞大學的學者將CRN中頻譜分配問題抽象成圖著色問題，使用圖著色理論來實現對頻譜的無干擾分配 美國加州大學的鄭海濤教授以圖著色為模型，提出了一種顏色敏感圖論著色算法 國內電子科技大學的學者，針對計算開銷與頻譜數關系，提出

6、了一中并行分配的算法 弗吉尼亞理工研究所學者深入分析研究博弈理論在CRN中建模與分析等方面的可能性 加利福利亞大學提出提出了一種單頻段多贏家拍賣分配算法，有效的提高了拍賣的經濟收益 國內學者趙知勁將群智能引入到認知無線電的頻譜分配領域，并驗證了在該領域應用的有效性碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告2021-10-198/163 3、研究內容和計劃研究內容和計劃圖論模型介紹 4個主用戶： 5個次用戶： 15 可選信道：A, B, C圖論模型網絡拓撲抽象成圖，拓撲結構實時改變頂點表示認知無線電用戶每一條邊表示一對頂點存在沖突或者干擾 Fig.4 CRN中圖論模型空閑頻譜矩陣效益矩

7、陣干擾矩陣集合無干擾的頻譜分配矩陣數學模型描述數學模型描述分配目標分配目標干擾的前提下最大化系統(tǒng)效益碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告2021-10-19 9/163 3、研究內容和計劃研究內容和計劃圖論模型算法簡介 目標：最大化頻譜分配數 特點：基于貪心，快速收斂 不足：未考慮頻譜效益差異列表著色算法 目標：最大化頻譜效益 特點：引入頻段利益，考慮差異 不足：運算量較大，隨頻譜數增 加，計算量成非線性增加顏色敏感著色算法 目標：多目標 特點：優(yōu)先給出可行解， 能夠跳出局部最優(yōu) 啟發(fā)式分配算法 目標：最大化頻譜效益 特點：分解成多個子圖并行分配 不足：解效益不高，必須執(zhí)行完

8、才能得到解方案并行頻譜分配算法碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告2021-10-1910/163 3、研究內容和計劃研究內容和計劃研究目標啟發(fā)式分配模型設計啟發(fā)式算法聯(lián)合功率控制和用戶需求啟發(fā)式算法解向量設計 Fig.5 解向量編碼方式示例干擾矩陣改進不同頻譜下，認知用戶與認知用戶的干擾矩陣頻譜與解向量表示的干擾矩陣作用：作用： 干擾矩陣查找操作去干擾操作碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告2021-10-1911/163 3、研究內容和計劃研究內容和計劃研究目標啟發(fā)式分配模型設計啟發(fā)式算法聯(lián)合功率控制和用戶需求干擾矩陣改進（示例示例）100010010001

9、0101000000010L11 100000C 頻段認知用戶認知用戶10010001 10110011000100100001000011000C1去干擾矩陣：去干擾操作1 101 1 10p 0 碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告2021-10-1912/1611Cp= 23 3、研究內容和計劃研究內容和計劃研究目標在認知用戶容許的時延內，啟發(fā)式算法搜索到的解往往能得到更優(yōu)的系統(tǒng)效益。模擬退火算法的概率突跳性，有利于跳出局部最優(yōu)找到全局最優(yōu)解。采用多次退火過程，來提高模型搜索效率。與其他智能算法的結合也為頻譜分配提供了良好的思路。啟發(fā)式分配模型設計啟發(fā)式算法聯(lián)合功率控制和

10、用戶需求碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告2021-10-1913/16 Fig.6 模擬退火頻譜分配算法尋解示例3 3、研究內容和計劃研究內容和計劃研究目標現有的研究工作通常將頻譜分配和功率控制分開考慮。認識用戶采用的通信功率影響著認知用戶之間和主用戶的干擾范圍。由于實際接入CRN中認知設備的不同，必然會有不同的頻譜需求。啟發(fā)式分配模型聯(lián)合功率控制和用戶需求設計啟發(fā)式算法 如何在認知用戶選擇可用頻譜同時考慮認知用戶的功率選擇。 如何針對用戶的頻譜需求和認知用戶的功率選擇設計新的效用函數。 如何設計多目標優(yōu)化的分配算法，使其具有較好的系統(tǒng)效益，同時考量算法對于認知用戶之間的公平性也非常重要。碩士研究生學位論文開題報告碩士研究生學位論文開題報告2021-10-1914/16待解決問題待解決問題3 3、研究內容和計劃研究內容和計劃研究計劃2014.05-2014.062014.05-2014.06 進一步搜集頻譜分配方面的資料，進行總結、 歸納； 2014.07-2014.082014.07-2014.08 分析認知用戶功率控制和頻譜分配關系和約束， 改進現有模型；2014.09-2014.112014.09-2014.11 分析如何在頻譜分配過程中兼顧用戶需求因素， 設計新的效用函數；2015.12-2015.022015