認(rèn)知無(wú)線電頻譜感知及資源分配技術(shù)研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信需求的高速增長(zhǎng)，頻譜資源的稀缺與實(shí)際頻譜固定分配機(jī)制造成的頻譜總體利用率偏低之間的矛盾是制約未來(lái)移動(dòng)通信快速發(fā)展的瓶頸。認(rèn)知無(wú)線電（Cognitive Radio, CR）技術(shù)能主動(dòng)感知無(wú)線通信環(huán)境，動(dòng)態(tài)地接入未被授權(quán)用戶（Primary User, PU）使用的空閑頻段，為解決上述矛盾開辟了一條嶄新的途徑。然而，頻譜資源的動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性為CR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。
　　本文圍繞CR動(dòng)態(tài)頻譜共享系統(tǒng)展開了研究，涵蓋

2、了頻譜感知、頻譜分配和功率控制等三個(gè)方面,主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下：
　　(1)針對(duì)基于 OFDM的認(rèn)知無(wú)線電寬帶頻譜感知問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了一種聯(lián)合頻譜感知方法。該方法利用了基于循環(huán)前綴相關(guān)檢測(cè)的快速性和基于MUSIC算法對(duì)頻譜空洞定位有效性的優(yōu)點(diǎn)，在有效降低頻譜感知時(shí)間的同時(shí),保證了算法的檢測(cè)性能。通過(guò)仿真驗(yàn)證，與傳統(tǒng)基于功率譜的能量檢測(cè)法和一階導(dǎo)數(shù)法相比，聯(lián)合頻譜感知能夠有效地降低感知開銷，提高認(rèn)知用戶對(duì)空閑頻譜的利用率。尤其是

3、在多徑衰落信道下，該方法的優(yōu)勢(shì)更為突出。
　　(2)研究了認(rèn)知無(wú)線電MAC層頻譜檢測(cè)周期優(yōu)化問(wèn)題。針對(duì)認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中頻譜檢測(cè)的頻率直接影響系統(tǒng)容量以及與授權(quán)用戶產(chǎn)生沖突的概率問(wèn)題，分析了授權(quán)用戶頻譜使用的特性,對(duì)授權(quán)用戶行為進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建模,提出一種自適應(yīng)頻譜檢測(cè)算法。該算法通過(guò)引入“控制因子”，在保證不對(duì)授權(quán)用戶產(chǎn)生干擾和CR系統(tǒng)穩(wěn)定性的約束下，自適應(yīng)地調(diào)整頻譜感知頻率，與周期檢測(cè)算法相比有效地提高了頻譜利用率并減小了系統(tǒng)沖突概率

4、和頻譜檢測(cè)開銷，同時(shí)理論和仿真證明該算法具有良好的實(shí)用性和靈活性。
　　(3)針對(duì)基于非連續(xù)正交頻分復(fù)用（Non-Contiguous OFDM, NC-OFDM）的認(rèn)知系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻譜分配策略問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了一種多用戶子信道、功率、比特聯(lián)合分配的方法。在確保不對(duì)授權(quán)用戶產(chǎn)生干擾的前提下，該算法引入“比例公平”的原則，并充分考慮受限子信道上的功率分配，以保證其獲得最優(yōu)發(fā)射功率，從而提高了系統(tǒng)容量和頻譜效率。仿真結(jié)果表明：與最大化

5、系統(tǒng)容量算法相比，該算法保障了每個(gè)認(rèn)知用戶都能滿足一定的通信要求；同時(shí)，與直接設(shè)定功率受限子信道上的功率為其干擾門限值的算法相比，該算法提高了系統(tǒng)容量。算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，先分配子信道后分配功率的方法，更利于工程的實(shí)現(xiàn)。
　　(4)針對(duì)分布式CR系統(tǒng)中認(rèn)知用戶的功率控制問(wèn)題進(jìn)行了研究，采用博弈論的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)認(rèn)知用戶的功率控制，提出了基于信干噪比效用函數(shù)的非合作博弈功率控制算法(NPGP_SINR)和基于歸一化效用函數(shù)的非合作博弈功率控