高動(dòng)態(tài)多普勒捕獲技術(shù)與無線網(wǎng)絡(luò)資源分配若干策略研究.pdf

1、在過去的數(shù)十年間，一方面，無線移動(dòng)通信的應(yīng)用已經(jīng)從地面發(fā)展到了空中、水下等各種場(chǎng)景；另一方面，無線通信也出現(xiàn)了各種新技術(shù)，比如認(rèn)知無線電、協(xié)作中繼、多輸入多輸出等。在物理層方面，無線通信鏈路通常會(huì)經(jīng)歷多徑、衰落、多普勒頻偏等，從而影響鏈路傳輸?shù)目煽啃浴，F(xiàn)有文獻(xiàn)和技術(shù)已經(jīng)對(duì)多徑和衰落進(jìn)行了大量而有效地研究，本文的重點(diǎn)是研究高動(dòng)態(tài)多普勒捕獲技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)層方面，隨著通信新技術(shù)的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)從簡(jiǎn)單的蜂窩網(wǎng)發(fā)展到了越來越多的新形態(tài)網(wǎng)絡(luò)，比如

2、，認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)、中繼網(wǎng)絡(luò)等。在無線網(wǎng)絡(luò)中，如何有效地分配有限的頻譜資源就成為了提升網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵。高動(dòng)態(tài)多普勒頻偏捕獲技術(shù)和協(xié)作中繼、認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的資源分配策略由于分別能夠保障可靠的鏈路傳輸和有效的網(wǎng)絡(luò)資源分配，因此受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，逐漸成為無線通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。高動(dòng)態(tài)多普勒頻偏捕獲技術(shù)是為了解決由通信鏈路收發(fā)兩端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶來的載波多普勒頻偏，從而可以提高通信鏈路的可靠傳輸。協(xié)作中繼和認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)可以通過合理的頻譜資

3、源分配策略來提升整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，從而可以提升網(wǎng)絡(luò)資源有效利用。本文針對(duì)高動(dòng)態(tài)多普勒捕獲和網(wǎng)絡(luò)資源分配分別展開研究。論文的主要工作概括如下：
　　（1）針對(duì)高動(dòng)態(tài)傳輸鏈路場(chǎng)景，首先分析了低信噪比和高動(dòng)態(tài)相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)多普勒捕獲性能的影響。然后，根據(jù)運(yùn)動(dòng)加速度對(duì)多普勒漂移的限制特點(diǎn)，提出一種基于搜索范圍校正的多普勒捕獲新算法。在所提算法的框架內(nèi)，前面累積周期內(nèi)的捕獲結(jié)果確定下一個(gè)累積周期內(nèi)的搜索范圍，從而將其限定到一個(gè)更小也更為精確的頻率

4、區(qū)間，這樣就可以提高多普勒的捕獲概率。根據(jù)最大似然搜索準(zhǔn)則，推導(dǎo)出了捕獲概率增量的閉式解并且給出了最佳的碼元累積周期的選擇方案。仿真結(jié)果表明，通過充分利用接收到的碼元信號(hào)，基于搜索范圍校正的多普勒捕獲新算法可以明顯地提高其捕獲概率，尤其是在相對(duì)運(yùn)動(dòng)加速度比較大的情形下。
　?。?）針對(duì)基于搜索范圍校正的捕獲算法，提出了兩個(gè)分別基于重疊搜索范圍校正和迭代搜索范圍校正的多普勒捕獲改進(jìn)算法。相對(duì)于基于搜索范圍校正的多普勒捕獲算法，基于重

5、疊搜索范圍校正的多普勒捕獲算法通過碼元累積周期在時(shí)間上的部分重疊實(shí)現(xiàn)。首先，介紹其核心思想之后，分析了重疊因子的選擇方案。此算法不僅提升了方案選擇的靈活性，而且節(jié)省了大量的捕獲時(shí)間。隨后，在基于重疊搜索范圍校正的捕獲算法的基礎(chǔ)之上，提出了基于迭代搜索范圍校正的多普勒捕獲算法，此算法利用前面累積周期內(nèi)的捕獲結(jié)果來決定后面累積周內(nèi)捕獲的搜索范圍并據(jù)此形成一種從前往后的逐級(jí)迭代的搜索范圍校正處理流程。通過分析與討論，從理論上推導(dǎo)出了此算法條件

6、下的多普勒捕獲概率的上界值。仿真結(jié)果表明，所提出的算法能夠有效地提高多普勒的捕獲概率并減小其捕獲偏差。
　　（3）研究了無線協(xié)作中繼通信網(wǎng)絡(luò)中的中繼資源分配問題。首先，定義了源節(jié)點(diǎn)用戶和中繼節(jié)點(diǎn)用戶的速率收益分配方案。然后，給出了演化博弈理論的基本概念和定義，并將其引入到協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中，建立了此網(wǎng)絡(luò)中繼資源分配的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)此模型，推導(dǎo)出空閑中繼用戶情形下對(duì)應(yīng)的演化博弈均衡解。隨后，在忙中繼用戶情形下，提出一種新的基于變?nèi)后w演化

7、博弈的中繼資源分配方法，在此方法中，演化博弈的群體數(shù)目隨演化時(shí)間而單調(diào)不增。另外，通過比較文中所提分配方案與集中式的注水分配方案的網(wǎng)絡(luò)總收益后發(fā)現(xiàn)，文中方法是一種分布式的次最優(yōu)的分配方案，在某些特定情形下，其可以等價(jià)于最優(yōu)的分配方案。
　?。?）研究了在協(xié)作認(rèn)知中繼通信網(wǎng)絡(luò)中基于變?nèi)后w演化博弈論的資源分配方法的應(yīng)用。在分析協(xié)作認(rèn)知中繼通信網(wǎng)絡(luò)中主用戶和次級(jí)用戶的頻譜資源特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用變?nèi)后w演化博弈論設(shè)計(jì)了一種此網(wǎng)絡(luò)資源分配方案

8、。主用戶擁有頻譜資源可以充當(dāng)源節(jié)點(diǎn)，而次級(jí)用戶沒有頻譜資源只能通過充當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)來換取主用戶的一部分頻譜資源來進(jìn)行自己的信號(hào)傳輸。次級(jí)用戶擁有選擇主用戶的權(quán)利，從而所有的次級(jí)用戶組成了一個(gè)演化博弈的群體。在協(xié)作中繼的過程中，次級(jí)用戶需要消耗功率，這樣它就需要考慮從協(xié)作中繼中獲得的收益是否能夠補(bǔ)償其能量消耗成本，因此這就構(gòu)成了變?nèi)后w演化博弈的前提條件。通過計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果表明：此方案可以解決次級(jí)用戶對(duì)主用戶的選擇問題，并且此問題存在唯一的演