認知無線電有效信道容量的研究.pdf

1、在信息傳輸日益頻繁的時代，頻譜資源作為數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)谋Ｕ?，變得越來越緊張。當前無線通信采用靜態(tài)頻譜分配的方案，大多數(shù)頻段已被授權(quán)用戶獨享，一些新興的無線傳輸技術(shù)只能使用資源較少的非授權(quán)頻段；另一方面，授權(quán)頻段無法被全天候地充分利用，存在許多頻譜空穴。認知無線電技術(shù)可以在不干擾授權(quán)用戶的同時，對這些頻譜空穴進行檢測和利用，從而提高頻譜利用效率，近年來得到學術(shù)界的廣泛關(guān)注和研究。由于技術(shù)和政策的限制，認知用戶無法將頻譜空穴完全利用，因此把認

2、知系統(tǒng)在可利用的頻譜空穴上獲得的傳輸容量稱作認知有效容量，作為衡量認知無線電系統(tǒng)性能的參數(shù)。
　　首先從認知循環(huán)過程中發(fā)現(xiàn)，有效容量受到頻譜感知和頻譜分配的影響。由于頻譜感知誤差的存在，會有漏檢和虛警的情況出現(xiàn)，漏檢情況導(dǎo)致主次用戶發(fā)生沖突，虛警使得認知用戶錯過可用的頻譜機會；檢測到頻譜空穴之后，頻譜管理和分配方案也會使得頻譜利用效率不盡相同。本文從這兩個環(huán)節(jié)入手研究了認知系統(tǒng)的有效容量。
　　然后本文建立單信道認知無線電模

3、型，系統(tǒng)采用“感知-傳輸”認知幀結(jié)構(gòu)。通過能量檢測方法，分析了感知時間和檢測帶寬等參數(shù)與頻譜感知精度的關(guān)系；并對有效容量與感知時間之間的關(guān)系進行了分析，仿真得出最佳感知時間的取值，這不僅可以作為幀結(jié)構(gòu)設(shè)計的參考，而且可以獲得系統(tǒng)的最優(yōu)平均認知有效容量。
　　在單信道模型的基礎(chǔ)上建立多信道認知無線電模型，改進了認知幀的結(jié)構(gòu)，加入信道切換時間模塊。將信道按照狀態(tài)分為空閑、授權(quán)用戶占用、認知用戶占用三種，信道各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移是馬爾科夫過

4、程。給定授權(quán)用戶的業(yè)務(wù)特征之后，得出系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時的概率；當授權(quán)用戶以泊松過程到達系統(tǒng)時，認知用戶在當前信道沒有檢測到授權(quán)用戶便可以繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，否則需要進行信道切換。成功切換到空閑信道的概率和未找到合適信道而被中斷通信的概率表征了信道切換的性能；在繼續(xù)傳輸、切換和中斷三種情況下，認知用戶所獲得的有效容量不同，結(jié)合其切換概率分析得到在一個周期內(nèi)認知用戶的平均有效容量。最后探討了如何使系統(tǒng)獲得最優(yōu)有效容量，通過分析有效容量和感知時間的