优秀毕业设计-南京邮电大学教育科学与技术学院.doc

基于DSP的认知无线电通信盟设计 作 者：崔 龙 专 业：通信工程 指导教师：杨 震 指导单位：通信与信息工程学院 摘 要：本论文课题源于导师的国家高技术研究发展计划（863计划）”（编号：2009AA1Z241）。针对现有的认知次用户间多采用非合作的协议方式进行通信的模式，本文研究并实现了一种运用联盟博弈思想基于DSP的认知无线电通信盟设计。 目前基于博弈论的认知无线电研究多侧重非合作博弈，而合作博弈则具有能使博弈各方整体收益最大化的优点，所以本文首先引入了联盟博弈的思想，提出了一种基于RSSI类蜂窝式拓扑结构的通信盟模型，并将最大化系统吞吐量作为数学模型的求解目标，随后设计出了基于离散随机逼近的通信盟频谱调度算法并联合注水算法共同求解，算法定义了通信联盟盟内和盟间的接入方式和通信协议，最后利用联盟形成博弈理论中的和准则分析了算法的稳定性。 基于上述算法又设计并实现了联盟博弈下的通信盟软硬件DSP平台。模拟了整个通信盟场景，设计了平台架构和系统软硬件模块，编写了通信盟算法实现程序，并在VC平台下设计了通信盟上位机交互演示界面，成功验证了所提出的算法。 关键词：认知无线电；联盟博弈；通信结盟；随机逼近；RSSI 一、绪论 无线电频谱是一种非常宝贵的资源，但随着社会的不断发展和科技的日新月异以及物联网的飞速普及，无线频谱资源却越来越紧张。在这种背景下，认知无线电 (Cognitive Radio, CR) 技术应运而生，CR技术通过在时间和空间上充分利用空闲的频谱资源，从而可以有效的缓解或解决上述频谱资源紧张的情况。联盟博弈(Coalition Game)多个参与者，协调参与者彼此策略的制约或惩罚机制便于联盟的形成，根据参与者个体和网络整体需要组成动态的部分用户联盟以减少网络开销，实现频谱资源共享。（Open Multimedia Applications Platform）该OMAP平台在同一硅片上无缝集成一个ARM9 处理器、一个 TMS320C55x? DSP 以及 PDT 专用外设，平台具有可扩展、灵活而开放的构架，长期以来一直以最佳性能和极低功耗而著称。OMAP平台为提供了一个强大的软硬件基础。联盟博弈，则RSSI的能量下限： (1) 在通信结盟的拓扑结构设计中，将GSM的蜂窝式网络架构经过变换后引入到设计中，提出了基于RSSI能量值检测的类蜂窝式拓扑结构，它不同于传统的以地理位置范围作为蜂窝大小选择原则的构架，它是将RSSI能量值的大小作为蜂窝大小的主要判断依据。通过前面在满足通信结盟后信噪比和误码率达到相应要求的前提下得到的RSSI值的下限。将类比成蜂窝小区半径R来确定可以加入该小区的认知次用户。本联盟的拓扑结构是以认知次用户结成的盟所在的地理位置上最外围的认知次用户直线相连作为结成的盟的边界，盟的形状不固定也不一定为正六边形。在不同的地理区域，基站根据类蜂窝式拓扑结构在认知次用户硬件平台的限定下（如功率限定、系统容量等）以系统最优准则选择组建各个通信盟，盟主协调盟内用户，不同区域依照通信吞吐量安放基站控制各通信盟，基站间的工作方式为互同步，通过以上架构来实现网络全地理覆盖。 基于RSSI的类蜂窝式拓扑结构设计方案简述如下：以系统基站BS（认知次用户的管理中心）为中心点，寻找其接收到次用户发来的RSSI均值满足条件并且波动方差在系统允许的条件下的认知次用户。将整个盟所具有的功率总和进行合理的分配使得整个盟的吞吐量达到最大，采用拉格朗日乘子法并运用注水算法对功率进行合理分配后得到盟所能具有的最大吞吐量，这样我们就可以得到对于任一通信盟，其联盟函数为： (2) 下面定义本通信结盟的入盟和退盟等原则： 入盟原则：对于某些联盟或者个体用户集合，当有本联盟外的联盟或者个体，定义入盟原则条件： (3) 退盟原则：对于包含某些联盟或者个体用户的集合的大联盟，定义退盟原则条件： (4) 盟主更新原则：系统定时一个时间段T，每隔T时间，盟内各用户（包括盟主）依次顺序收集各个盟成员的RSSI值并计算总和，选择总和最大的作为新盟主并广播通知各个盟内成员。 为了更好的进行频谱调度，我们提出频谱分级的概念。将作为联盟中使用频点n所获得的分数,分数越高代表频谱级别越高，使用该频点时通信效率越高。 (5) 上式中代表联盟中使用频点n时的吞吐量，代表盟内成员总数，B为信道带宽，P是联盟的总功率，代表联盟中使用频点n的平均噪声。定义传输模式 离散随机逼近算法如下： 初始化：随机选择传输模式