基于Markov認(rèn)知無線電動態(tài)頻譜接入策略研究的中期報告

基于Markov認(rèn)知無線電動態(tài)頻譜接入策略研究的中期報告一、研究背景及意義隨著移動通信和物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的迅猛發(fā)展，無線電頻譜資源日益緊張。動態(tài)頻譜接入(DynamicSpectrumAccess,DSA)作為一種有效的頻譜管理手段，在提高頻譜利用效率的同時，也增加了無線電系統(tǒng)的復(fù)雜性和靈活性。DSA技術(shù)主要包括兩類，即基于博弈論的策略和基于Markov過程的策略。博弈論策略的應(yīng)用范圍局限于對手策略和信息的完全知曉，在某些情況下不能很好地處理不完備信息和非理性對手。而Markov過程策略考慮到了當(dāng)前時刻狀態(tài)與下一時刻狀態(tài)的關(guān)系，因此能夠更好地處理不完備信息，具有更廣泛的應(yīng)用空間。因此，本研究旨在探索利用Markov過程的方法，設(shè)計一種智能的DSA策略，從而提高頻譜利用率，并在無線電系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行驗(yàn)證。本報告將對研究的進(jìn)展情況進(jìn)行中期匯報。二、研究內(nèi)容及進(jìn)展情況本研究的主要內(nèi)容包括：DSA的原理、Markov過程的基本概念和DSA中應(yīng)用Markov過程的策略設(shè)計。1.DSA的原理DSA技術(shù)是指在不干擾已經(jīng)分配給其他用戶的頻率的前提下，合理地利用無線電頻譜資源，包括自適應(yīng)性頻譜分配(AutonomousSpectrumAllocation,ASA)和動態(tài)頻譜分配(DynamicSpectrumAllocation,DAA)兩種機(jī)制。ASA是一種基于主動感知的頻譜管理方式，主要是通過終端自主探測和感知到鄰近頻段使用狀況，然后進(jìn)行頻段選擇，以達(dá)到帶寬最優(yōu)的頻譜分配方式。DAA則是一種基于集中式或分布式控制的頻譜管理方式，主要通過中心控制器分配空余的頻段給需要使用頻譜的用戶，然后決策是否改變頻率，并將相應(yīng)指令下發(fā)到對應(yīng)的設(shè)備。2.Markov過程的基本概念Markov過程是一種隨機(jī)過程，具有無后效性的特點(diǎn)，即當(dāng)前時刻狀態(tài)的概率只與前一時刻的狀態(tài)有關(guān)。本研究選用馬爾可夫鏈作為建模工具，從而簡化了狀態(tài)的計算。另外，本研究還引入了一種新的概率計算方法——概率密度函數(shù)算法，該算法可以有效地計算連續(xù)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概率，提高了DSA策略的表現(xiàn)。3.DSA中應(yīng)用Markov過程的策略設(shè)計本研究以頻帶選擇和發(fā)射功率控制兩種策略為例，設(shè)計了基于Markov過程的DSA策略。具體來說，頻帶選擇策略是在候選頻帶之間進(jìn)行選擇，并計算能夠獲得的獎勵函數(shù)，以此選擇最優(yōu)的頻帶。發(fā)射功率控制策略是根據(jù)感知到的信道狀態(tài)和所處環(huán)境，自適應(yīng)地調(diào)整發(fā)送功率。在這兩種策略中，Markov過程都用于建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)選擇最優(yōu)的行動。目前，我們已經(jīng)完成了概率密度函數(shù)算法的理論推導(dǎo)和樣例驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明該算法可以提高DSA策略表現(xiàn)。我們還在進(jìn)行相關(guān)仿真實(shí)驗(yàn)，以更好地驗(yàn)證和評估基于Markov過程的DSA策略設(shè)計方法。三、未來研究計劃未來計劃的主要目標(biāo)是在本研究的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)DSA策略的實(shí)用性和智能化程度，具體包括以下幾個方面：1.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)一步評估DSA策略的效果和性能，并針對仿真結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。2.策略設(shè)計：探索并設(shè)計更為智能化、自適應(yīng)的DSA策略，擴(kuò)展應(yīng)用范圍。3.算法研究：進(jìn)一步研