【摘 要】
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由于无线网络的快速发展和人们对更高吞吐量需求的不断增加,无线通信系统的频谱效率亟待提高。动态频谱接入（Dynamic Spectrum Access,DSA）是缓解频谱稀缺问题和提高频谱利用效率的潜在方案,它允许次级用户（即非授权用户）在无主用户（即授权用户）活动的特定时间和地点机会性地利用频谱资源。频谱感知是部署动态频谱接入系统最重要的组成部分。考虑到硬件限制,次级用户一次只能感知部分频谱或者一
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由于无线网络的快速发展和人们对更高吞吐量需求的不断增加,无线通信系统的频谱效率亟待提高。动态频谱接入（Dynamic Spectrum Access,DSA）是缓解频谱稀缺问题和提高频谱利用效率的潜在方案,它允许次级用户（即非授权用户）在无主用户（即授权用户）活动的特定时间和地点机会性地利用频谱资源。频谱感知是部署动态频谱接入系统最重要的组成部分。考虑到硬件限制,次级用户一次只能感知部分频谱或者一个信道,为了减少感知时延,本文研究了多个运营商频段间的频谱感知次序问题以及主动感知模式下多信道间的信道选择策略。本论文的主要贡献概括如下:1.研究了动态频谱接入系统中多个运营商频段间的频谱感知次序问题,提出了折旧汤普森采样和满意汤普森采样算法进行求解。在该问题中,我们的目标是缩短感知时长并获得尽可能多的空闲信道,从而提高系统吞吐量。考虑到频谱空闲概率的先验信息不可知,将优化问题规约成多摇臂赌博机问题。此外,还考虑了频谱空闲概率随时间变化等更符合实际的场景。仿真结果表明所提算法能够获得和最优决策相近的可用授权信道,并表现出比其他算法更强的追踪时变空闲概率的性能。2.研究了主动感知模式下多个信道间的信道选择问题,并基于现有的贝叶斯分配算法提出了Top-Two概率采样和Top-Two汤普森采样算法。我们的目标是在数据包到达之前,设计合理的信道选择策略,使得次级用户以尽可能小的感知开销充分学习未知的信道空闲概率信息,快速确定空闲概率最大的信道。在数据包到达时,将所学信息用作先验信息,从而减少搜索空闲信道的时间,缩短次级用户数据包传输时延。将优化目标看作一个“纯探索”问题。随着感知次数的增加,认为其他信道最优的后验概率收敛到0。理论结果证明了所提算法以指数速度收敛,并且相应的指数是可能达到的最优值。数值结果也表明所提算法能够以更小的频谱感知开销有效地识别最佳信道。总的来说,本论文研究了动态频谱接入系统中的频谱感知问题,重点讨论了频谱感知次序和信道选择问题,并提出了有效的算法进行求解,实现了有效的频谱感知。数值结果表明,本文所提算法能够快速找到空闲信道,减少了频谱感知时间,提高了系统吞吐量和频谱利用率,为未来动态频谱接入系统在频谱感知方面的优化提供了思路。
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