認知無線電網(wǎng)絡可傳輸容量的研究.pdf

1、近年來，隨著無線寬帶應用的廣泛普及，寬帶用戶急速增長，可用頻譜資源不足的問題卻日益加劇。認知無線電網(wǎng)絡(CRN)通過頻譜共享，可以大大提高頻譜利用率、緩解頻譜資源的不足，因此得到廣泛研究。認知(CR)是CRN中的關鍵技術。它能夠感知周圍環(huán)境中頻譜，根據(jù)環(huán)境變化動態(tài)調整系統(tǒng)參數(shù)，如載波頻率、帶寬及發(fā)送功率。近幾年來數(shù)字信號處理、射頻技術的發(fā)展使得CR感知及重構特性的實現(xiàn)成為可能。隨著不同移動設備數(shù)量的迅速增長及CR的迅猛發(fā)展，環(huán)境中布滿有

2、認知能力的通信設備是有可能的。在這樣的環(huán)境中，如何提高認知無線電網(wǎng)絡的性能、保證服務質量是CRN研究的關鍵問題。
　　本文在熟悉認知無線電基本原理及相關技術的基礎上，就認知無線電網(wǎng)絡的可傳輸容量這一基本性能進行了理論研究。
　　首先，在下墊式頻譜共享模型下，分析基于三種常用媒體接入控制(MAC): slotted-ALOHA、CSMA/CA及TDMA協(xié)議下CRN的可傳輸容量。利用隨機幾何知識，推導出授權網(wǎng)絡（主網(wǎng)絡）和未授權

3、網(wǎng)絡(CRN)的數(shù)據(jù)包成功傳輸概率，根據(jù)香農定理，推導出在主網(wǎng)絡和CRN中斷概率限制條件下基于不同MAC協(xié)議的CRN可傳輸容量。然后，利用MATLAB仿真對CRN可傳輸容量進行數(shù)值分析，從圖形上直觀地描述不同MAC協(xié)議下CRN的容量范圍及各參數(shù)對其可傳輸容量的影響，并證明了在飽和的認知mesh網(wǎng)絡中，TDMA協(xié)議下可以獲得最高傳輸容量，CSMA/CA次之。
　　受中繼協(xié)作轉發(fā)思想的啟發(fā)，本文還提出了一種中繼協(xié)作網(wǎng)絡模型，即當主網(wǎng)絡

4、中源點離它的目的節(jié)點較遠時，可以利用CRN中空閑節(jié)點(SU)為主網(wǎng)絡中節(jié)點(PU)轉發(fā)數(shù)據(jù)。中繼節(jié)點分別采用解碼轉發(fā)(DF)和放大轉發(fā)(AF)兩種轉發(fā)協(xié)議。根據(jù)PU和SU成功傳送數(shù)據(jù)的概率，推導出中斷概率限制條件下非協(xié)作和協(xié)作CRN節(jié)點的最大可傳輸容量，并給出中繼節(jié)點的位置范圍。最后利用MATLAB仿真，從圖形上直觀地給出了某些特定參數(shù)下中繼節(jié)點的范圍，中繼節(jié)點位置、主/次級網(wǎng)絡功率比及次級網(wǎng)絡接收門限的相互影響情況，并證明了在某些特定