基于增強學習的CogMesh功率適配與頻譜接入技術研究.pdf

1、隨著無線通信技術的迅猛發(fā)展，日益增長的無線通信需求與有限的無線頻譜資源之間的矛盾越來越突出。認知無線電技術為在頻譜資源緊缺的情況下提高頻譜利用率的構想開創(chuàng)了一個嶄新的局面，它允許非經(jīng)授權的無線通信設備根據(jù)一定的學習和決策算法，主動地檢測和有效地利用專用授權頻段上空閑頻譜資源，從而實現(xiàn)時間、頻率、空間的三維頻譜復用。CogMesh基于Mesh網(wǎng)絡，利用Ad Hoc網(wǎng)絡的特性和認知無線電技術相融合，得到了一種新的網(wǎng)絡模型。本學位論文針對當C

2、ogMesh網(wǎng)絡中的認知無線電用戶以Overlay和Underlay兩種不同的頻譜共享方式與授權用戶共享授權頻段時的功率適配和機會式頻譜接入問題，主要從以下三個方面展開了深入的研究，概括為：
　　 研究了CogMesh網(wǎng)絡中相鄰簇之間的鏈接問題。特別地，針對相鄰兩個簇有公共路由節(jié)點的情況進行了深入的討論。傳統(tǒng)的簇間鏈接完成一次信息的交互需要4次傳輸，若采用基于物理層網(wǎng)絡編碼技術，路由節(jié)點能夠把同時接收來自兩個簇頭的信息轉發(fā)給對方

3、，大大減少了信息交換所需要的傳輸次數(shù)。進一步，研究了在授權用戶的發(fā)送功率隨機變化的動態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境下，路由節(jié)點該如何來選取發(fā)送功率級的問題?；谠鰪妼W習，提出了基于動態(tài)規(guī)劃的發(fā)送功率選擇算法和基于ε貪婪的智能簇間鏈接算法。這兩個算法的優(yōu)點就是在動態(tài)的網(wǎng)絡環(huán)境和對授權用戶信息不完全了解的情況下，路由節(jié)點能夠通過與無線通信環(huán)境的交互做出最優(yōu)發(fā)送功率的選擇。
　　 研究了CogMesh網(wǎng)絡中的非合作功率適配問題。在同一頻段上共同傳輸時，為

4、了保證對授權用戶造成的干擾在可承受范圍內，認知無線電用戶可適當調整其發(fā)送功率。認知無線電用戶自治的屬性導致網(wǎng)絡環(huán)境是動態(tài)的，因此，在隨機賽局的理論框架下首先將增強學習中的單用戶Q學習算法推廣到了多用戶的情形，得到了多用戶Q學習隨機功率適配算法。但是該算法存在的一個問題，認知無線電用戶在學習的過程中需要知道競爭用戶的策略信息，這是很難辦到的。進而提出了基于揣測多用戶Q學習的隨機功率適配算法，每個認知無線電用戶可以根據(jù)自己當?shù)夭煌耆男畔ⅲ?/p>

5、揣測出競爭用戶對自身學習的累積影響，在此揣測的基礎上學習得到最優(yōu)功率適配策略。并在理論上證明了基于揣測多用戶Q學習的隨機功率適配算法在一定的條件下將收斂到最優(yōu)發(fā)送功率策略。
　　 研究了CogMesh網(wǎng)絡中非合作頻譜接入問題。在Overlay的頻譜共享方式中，認知無線電用戶只能在授權用戶“休眠”時機會式地使用授權頻段。當授權用戶的活動規(guī)律已知時，不同簇內相互競爭的認知無線電用戶頻譜接入既是一個非合作博弈過程，也是一個學習的過程。