認(rèn)知無線電、軟件定義無線電和自適應(yīng)無線系統(tǒng)

前言

　　從部署以語音業(yè)務(wù)為主體的蜂窩系統(tǒng)開始至今，無線通信服務(wù)已經(jīng)歷了漫長歷程。當(dāng)今在語音和高速率多媒體應(yīng)用中對無線接入服務(wù)的需求與日俱增，新一代的無線通信系統(tǒng)正試圖通過更好的資源管理和改進的傳輸技術(shù)使得這種與日俱增的需求得以緩解?！　∪藗兿Ｍ胲浖x無線電并實現(xiàn)可用于無線電的機器學(xué)習(xí)，以增加頻譜接入、改善頻譜效率。這對無線電研究人員而言就意味著一種新的令人神往的意境?！　”緯荚趶膸讉€方面討論認(rèn)知無線電、軟件定義無線電（Software Defined Radio，SDR）和自適應(yīng)無線電的概念。我們將在增強無線通信系統(tǒng)的大的方面上探討認(rèn)知無線電和認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，同時強調(diào)對頻譜利用率的優(yōu)化。本書涵蓋了如認(rèn)知無線電的定義、軟件無線電和認(rèn)知無線電架構(gòu)、認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)、頻譜效率和軟頻譜使用、自適應(yīng)無線通信系統(tǒng)設(shè)計、可變參數(shù)的測量和感知（如干擾溫度與地理位置信息）、物理層接入技術(shù)、跨層自適應(yīng)相關(guān)思想等重要概念?！　?nèi)容結(jié)構(gòu)　　在第1章的概論之后，全書結(jié)構(gòu)大致可以分為四個部分：　　·基礎(chǔ)概念和架構(gòu)（第2～7章）　　·感知、測量和傳感（第8～10章）　　·物理層接入技術(shù)（第11、12章）　　·認(rèn)知無線電和軟件無線電的應(yīng)用（第13、14章）　　連同軟件無線電，第1章提出了一個較為廣義的認(rèn)知無線電概念，同時給出了其發(fā)展簡史和推動因素，包括經(jīng)濟方面的因素。第2章主要介紹了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的概念，并同認(rèn)知無線電和跨層自適應(yīng)作比較。這一章還提出了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和相關(guān)實體。第3章對理想認(rèn)知無線電的架構(gòu)，尤其是在關(guān)鍵機器學(xué)習(xí)技術(shù)方面進行了描述。認(rèn)知無線電架構(gòu)的組件及其功能、認(rèn)知循環(huán)、推論結(jié)構(gòu)以及如何在軟件無線電架構(gòu)的頂層建立認(rèn)知無線電架構(gòu)，這些都在本章給出了詳細解釋。第4章進一步介紹了軟件無線電架構(gòu)及其與認(rèn)知無線電的聯(lián)系，詳細描述了軟件無線電架構(gòu)下的組建模塊。第5章介紹了通信價值鏈并探討了認(rèn)知無線電改變價值鏈的途徑以及認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)。動態(tài)頻譜接入能夠極大地提高頻譜效率，故而在認(rèn)知無線電中極為重要。因此第6章從博弈和編碼理論來討論認(rèn)知無線電的動態(tài)頻譜接入方面的內(nèi)容。第7章討論了認(rèn)知無線電共存的幾種類型，以及從MAC方面對認(rèn)知無線電的效率建模。

內(nèi)容概要

　　從部署以語音業(yè)務(wù)為主體的蜂窩系統(tǒng)開始至今，無線通信服務(wù)已經(jīng)歷了漫長歷程。當(dāng)今在語音和高速率多媒體應(yīng)用中對無線接入服務(wù)的需求與日俱增，新一代的無線通信系統(tǒng)正試圖通過更好的資源管理和改進的傳輸技術(shù)使得這種與日俱增的需求得以緩解。人們希望引入軟件定義無線電并實現(xiàn)可用于無線電的機器學(xué)習(xí)，以增加頻譜接入、改善頻譜效率。這對無線電研究人員而言就意味著一種新的令人神往的意境。《認(rèn)知無線電、軟件定義無線電和自適應(yīng)無線系統(tǒng)》旨在從幾個方面討論認(rèn)知無線電、軟件定義無線電(SDR)和自適應(yīng)無線電的概念。我們將在增強無線通信系統(tǒng)的大的方面上探討認(rèn)知無線電和認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，同時強調(diào)對頻譜利用率的優(yōu)化?！墩J(rèn)知無線電、軟件定義無線電和自適應(yīng)無線系統(tǒng)》涵蓋了如認(rèn)知無線電的定義、軟件無線電和認(rèn)知無線電架構(gòu)、認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)、頻譜效率和軟頻譜使用、自適應(yīng)無線通信系統(tǒng)設(shè)計、可變參數(shù)的測量和感知(如干擾溫度與地理位置信息)、物理層接入技術(shù)、跨層自適應(yīng)相關(guān)思想等重要概念。

書籍目錄

譯者序前言第1章 自適應(yīng)、感知和認(rèn)知無線電的概論1.1 最初1.1.1 對用戶的支持1.1.2 對網(wǎng)絡(luò)的支持1.1.3 對網(wǎng)絡(luò)運營商的支持1.1.4 對管理機構(gòu)的支持1.1.5 對頻譜所有者和用戶的支持1.2 認(rèn)知無線電的經(jīng)濟效益1.2.1 頻譜的價值1.2.2 頻譜自適應(yīng)1.2.3 智能天線1.2.4 多輸人多輸出1.2.5 頻譜轉(zhuǎn)租和共享1.2.6 本地統(tǒng)計值1.2.7 峰值需求的支持1.2.8 頻譜租賃1.2.9 頻譜感知數(shù)據(jù)庫1.2.10 禮儀服務(wù)的價值1.2.11 認(rèn)知1.3 小結(jié)第2章 認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)2.1 引言2.1.1 定義2.1.2 動機與要求2.1.3 一個簡單的例子2.2 基礎(chǔ)和相關(guān)工作2.2.1 認(rèn)知無線電2.2.2 跨層設(shè)計2.2.3 近期研究2.3 實現(xiàn)2.3.1 用戶／應(yīng)用／資源需求2.3.2 認(rèn)知進程2.3.3 軟件自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2.4 一個多播生存期的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)2.4.1 問題描述2.4.2 認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)設(shè)計2.4.3 結(jié)果2.5 未來的問題和研究領(lǐng)域2.6 小結(jié)參考文獻第3章 認(rèn)知無線電架構(gòu)3.1 引言3.1.1 理想認(rèn)知無線電熟悉無線電就如同TellMe@熟悉800電話一樣3.1.2 認(rèn)知無線電看你所看，發(fā)現(xiàn)你的射頻使用、需求和偏好3.1.3 認(rèn)知無線電聽你所聽，增強你的個人技能3.1.4 認(rèn)知無線電學(xué)會區(qū)分講話者以減少混淆3.1.5 對無線電頻譜更靈活的次級使用3.1.6 軟件定義無線電技術(shù)為認(rèn)知無線電打下了基礎(chǔ)3.1.7 隱私是首要的3.1.8 大量的軍事應(yīng)用3.1.9 信息質(zhì)量測度3.1.10 架構(gòu)3.2 認(rèn)知無線電架構(gòu)工：功能、組件和設(shè)計準(zhǔn)則3.2.1 理想認(rèn)知無線電功能組件架構(gòu)3.2.2 軟件定義無線電組件3.2.3 理想認(rèn)知無線電節(jié)點功能組件3.2.4 作為本體的3.2.5 包括功能組件接口的設(shè)計準(zhǔn)則3.2.6 近期實施3.2.7 認(rèn)知組件3.2.8 架構(gòu)中的無線電知識3.2.9 架構(gòu)中的用戶知識3.2.10 靈活信息服務(wù)的跨域基礎(chǔ)3.2.11 自參考組件3.2.12 自參考的不一致性3.2.13 看門狗定時器3.2.14 組件架構(gòu)的靈活功能3.3 認(rèn)知無線電架構(gòu)Ⅱ：認(rèn)知環(huán)3.3.1 認(rèn)知環(huán)3.3.2 觀察(傳感和感知)3.3.3 導(dǎo)向3.3.4 規(guī)劃3.3.5 決策3.3.6 行動3.3.7 學(xué)習(xí)3.3.8 自我監(jiān)控定時3.3.9 回顧3.3.10 超出能力3.4 認(rèn)知無線電架構(gòu)Ⅲ：推理層次3.4.1 原子刺激3.4.2 原始序列：單詞和死亡時間3.4.3 基本序列3.4.4 認(rèn)知無線電架構(gòu)推理層次中的自然語言3.4.5 用于場景感知的觀察導(dǎo)向的鏈接3.4.6 用于無線電技能集的觀察導(dǎo)向的鏈接3.4.7 一般世界的知識3.5 認(rèn)知無線電架構(gòu)V：在軟件定義無線電架構(gòu)上構(gòu)建認(rèn)知無線電架構(gòu)3.5.1 軟件無線電和軟件定義無線電架構(gòu)原理3.5.2 無線電架構(gòu)3.5.3 軟件通信架構(gòu)3.5.4 無線電的功能變換模型3.5.5 架構(gòu)的變遷：從軟件定義無線電到理想的認(rèn)知無線電3.5.6 認(rèn)知電子學(xué)3.5.7 無線電何時向認(rèn)知轉(zhuǎn)化3.5.8 無線電朝著認(rèn)知無線電架構(gòu)演進3.5.9 認(rèn)知無線電架構(gòu)研究主題3.5.10 工業(yè)級的理想的認(rèn)知無線電設(shè)計規(guī)則3.6 總結(jié)與展望3.6.1 架構(gòu)的框架3.6.2 工業(yè)級的架構(gòu)3.6.3 小結(jié)參考文獻第4章 針對認(rèn)知無線電的軟件定義無線電架構(gòu)4.1 引言4.2 軟件定義無線電和認(rèn)知無線電的關(guān)系4.3 軟件定義無線電架構(gòu)4.3.1 理想的軟件定義無線電架構(gòu)4.3.2 實際的軟件定義無線電架構(gòu)4.4 軟件可調(diào)模擬無線通信組件4.4.1 軟件可調(diào)濾波器4.4.2 軟件可調(diào)功率放大器4.4.3 軟件可調(diào)雙工設(shè)備4.4.4 軟件可調(diào)天線系統(tǒng)4.4.5 軟件可調(diào)阻抗合成器4.4.6 軟件可調(diào)功率管理電路4.4.7 軟件可調(diào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器4.4.8 軟件可調(diào)上變頻器和下變頻器4.5 天線系統(tǒng)4.5.1 多輸入多輸出系統(tǒng)4.5.2 智能天線與波束成形4.6 可重配置數(shù)字無線電技術(shù)4.6.1 數(shù)字信號處理器4.6.2 現(xiàn)場可編程門陣列4.6.3 通用處理器4.6.4 異構(gòu)系統(tǒng)_4.6.5 可重配置的數(shù)字硬件技術(shù)的比較4.7 基本數(shù)字無線電組件……第5章 自適應(yīng)認(rèn)知與無線電系統(tǒng)中價值的創(chuàng)造與轉(zhuǎn)移第6章 用于動態(tài)頻譜接入的編碼和博弈第7章 認(rèn)知無線電的效率與共存策略第8章 通過感知、認(rèn)知與測量啟動認(rèn)知無線電第9章 認(rèn)知無線電應(yīng)用中的頻譜感知第10章 認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的位置信息管理系統(tǒng)第11章 認(rèn)知無線電中的OFDM：已取得的成果和面臨的挑戰(zhàn)第12章 超寬帶認(rèn)知無線電第13章 認(rèn)知無線電的應(yīng)用第14章 認(rèn)知無線電的跨層自適應(yīng)和優(yōu)化

章節(jié)摘錄

　　認(rèn)知無線電和認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的另外一個重要差別就是其支持的異構(gòu)程度。認(rèn)知網(wǎng)’絡(luò)既能應(yīng)用于有線網(wǎng)絡(luò)也能應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)，而認(rèn)知無線電僅能應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)中。因為認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)可能跨越有線和無線媒質(zhì)，所以它對優(yōu)化那些通常難以集成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的性能是十分有用的。　　與認(rèn)知無線電相比，認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)由多個節(jié)點組成的這一事實在認(rèn)知處理是如何進行之中也增加了一個自由度。認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)可以選擇實現(xiàn)全分布式、部分分布式或集中式認(rèn)知進程?！　?.2.2 跨層設(shè)計與跨層設(shè)計的共性　　通過非鄰接的各層之間直接通信或者在各層之間共享內(nèi)部信息來打破傳統(tǒng)的分層方法的設(shè)計被稱為跨層設(shè)計[3]。認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)間接共享在嚴(yán)格的分層結(jié)構(gòu)中不可從外面得到的信息。因此，認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)是在執(zhí)行跨層設(shè)計。　　這兩個概念之間的共同主題是在兩者之中觀察數(shù)據(jù)提供給各層的自適應(yīng)而不是各層提供觀察數(shù)據(jù)。在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)議層向認(rèn)知進程提供對當(dāng)前狀態(tài)的觀察結(jié)果。于是認(rèn)知進程確定對網(wǎng)絡(luò)什么是最優(yōu)的，并且修改網(wǎng)絡(luò)元素協(xié)議棧的配置。與跨層設(shè)計的區(qū)別　　盡管有相似之處，認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)遠遠超出了跨層設(shè)計的范圍。認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)支持不同目標(biāo)間的折衷，并且為了完成它而實施多目標(biāo)優(yōu)化（MOO），而跨層設(shè)計典型地是執(zhí)行單目標(biāo)優(yōu)化?？鐚釉O(shè)計執(zhí)行不能反映網(wǎng)絡(luò)層面的性能目標(biāo)的獨立優(yōu)化。設(shè)法獨立地獲得每一個目標(biāo)就好比次最優(yōu)，并且隨著在一個節(jié)點內(nèi)的跨層設(shè)計數(shù)增加，各獨立的自適應(yīng)之間的沖突將導(dǎo)致自適應(yīng)循環(huán)L4]。通過在優(yōu)化進程中聯(lián)合考慮所有的目標(biāo)，這一缺陷在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中得以避免?！　W(xué)習(xí)能力是另外一個重要差別。認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)能夠從過去的決策中學(xué)習(xí)并將學(xué)習(xí)的知識應(yīng)用到未來的決策中?？鐚釉O(shè)計是無記憶性的自適應(yīng)，當(dāng)給定相同的輸入時，其響應(yīng)也相同，不管在過去執(zhí)行該自適應(yīng)有多么的糟糕。既然我們對層間相互配合的理解是有限的，那么從過去的行為學(xué)習(xí)就非常重要。

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