認(rèn)知無(wú)線電中繼協(xié)作系統(tǒng)性能分析與功率分配策略.pdf

1、當(dāng)今無(wú)線通信技術(shù)主要面臨頻譜資源匱乏與信道衰落作用兩大問(wèn)題。隨著無(wú)線通信技術(shù)的高速發(fā)展與廣泛運(yùn)用，無(wú)線通信技術(shù)在日常生活中隨處可見(jiàn)，同時(shí)隨之而來(lái)的有限頻譜資源的匱乏問(wèn)題也越發(fā)凸顯。為了解決日趨緊張的頻譜資源匱乏問(wèn)題，人們提出了認(rèn)知無(wú)線電(CR)的概念，即是在保證授權(quán)用戶的通信質(zhì)量的前提下，無(wú)線通信終端可以按某種伺機(jī)占用（Opportunistic Way）的方式工作在授權(quán)頻譜段內(nèi)來(lái)提高頻譜利用率。另一方面，在應(yīng)對(duì)信道衰落作用中，中繼協(xié)作

2、是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種空間分集技術(shù)，它能有效對(duì)抗無(wú)線信道衰落作用并提高無(wú)線通信系統(tǒng)終端性能指標(biāo)。因此，基于認(rèn)知無(wú)線電與中繼協(xié)作兩大技術(shù)所提出的認(rèn)知無(wú)線電中繼協(xié)作系統(tǒng)相關(guān)研究受到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。其中認(rèn)知無(wú)線電中繼協(xié)作系統(tǒng)的中斷概率、平均吞吐量、誤碼率都是上述領(lǐng)域所研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　本文以雙跳認(rèn)知無(wú)線電中繼協(xié)作系統(tǒng)作為研究背景，分別針對(duì)瑞利衰落信道（Rayleigh fading）模型下的認(rèn)知無(wú)線電中繼系統(tǒng)的中斷性能以及功率分

3、配問(wèn)題進(jìn)行了分析、研究，其中研究對(duì)象由設(shè)有若干主用戶節(jié)點(diǎn)的主網(wǎng)絡(luò)和設(shè)有若干次級(jí)用戶終端（SU）的次級(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。為了保障主用戶的服務(wù)質(zhì)量，次級(jí)網(wǎng)絡(luò)各終端之間的通信受主用戶節(jié)點(diǎn)（PU）上頻譜共享?xiàng)l件的嚴(yán)格限制，即其傳輸功率對(duì)各主用戶節(jié)點(diǎn)的干擾受限于主用戶的干擾功率限值。本文主要研究的認(rèn)知無(wú)線電中繼協(xié)作通信場(chǎng)景包括：?jiǎn)卧垂?jié)點(diǎn)、多中繼、單主用戶節(jié)點(diǎn)、多主用戶節(jié)點(diǎn)、終端最大傳輸功率限制；研究的協(xié)作方式主要有：譯碼轉(zhuǎn)發(fā)（DF）、放大轉(zhuǎn)發(fā)（AF）；研

4、究的接收合并方式有最大比合并（MRC）、選擇放大轉(zhuǎn)發(fā)（S-AF）、聯(lián)合中繼轉(zhuǎn)發(fā)（AP）。基于統(tǒng)計(jì)學(xué)和信息論，本文著重推導(dǎo)了不同系統(tǒng)通信場(chǎng)景、不同轉(zhuǎn)發(fā)方式下的中斷概率（OP）、平均吞吐量（EC）、誤碼率（SER）等一系列性能指標(biāo)的閉合解析式來(lái)分析不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)中斷性能的影響，并給出了各個(gè)通信場(chǎng)景下的最優(yōu)功率分配（OPA）方案。
　　本文主要研究工作包括：
　　1.分別針對(duì)基于MRC、AP的單主用戶多中繼認(rèn)知協(xié)作DF中繼系統(tǒng)推導(dǎo)

5、得到其中斷概率、平均吞吐量、誤碼率的閉合公式；
　　2.分別針對(duì)基于MRC、AP的多主用戶多中繼認(rèn)知協(xié)作DF中繼系統(tǒng)推到得到其中斷概率；
　　3.分別針對(duì)在最大傳輸功率限制下的基于MRC、AP-DF的單主用戶多中繼認(rèn)知協(xié)作 DF中繼網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的推導(dǎo)得到中斷概率閉合公式；
　　4.分別針對(duì)在最大傳輸功率限制下的基于MRC、AP的多主用戶多中繼認(rèn)知協(xié)作DF中繼網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)推到得到其中斷概率閉合公式；
　　5.分別針對(duì)基于

6、S-AF、AP-AF認(rèn)知無(wú)線電中繼協(xié)作系統(tǒng)推到得到中斷概率閉合公式；
　　6.分別針對(duì)在最大傳輸功率限制下的基于 S-AF、AP-AF單主用戶認(rèn)知無(wú)線電中繼協(xié)作系統(tǒng)的中斷概率閉合公式進(jìn)行推導(dǎo)；
　　7.分別針對(duì)基于 S-AF、AP-AF認(rèn)知無(wú)線電中繼協(xié)作多主用戶系統(tǒng)的中斷概率閉合公式進(jìn)行推導(dǎo)；
　　8.針對(duì)MRC-DF、AP-DF、S-AF、APAF認(rèn)知無(wú)線電中繼協(xié)作系統(tǒng) OPA策略研究，通過(guò)拉格朗日乘子法推導(dǎo)得到各次

7、級(jí)終端上的最優(yōu)傳輸功率并比較 OPA策略與平均功率分配下的中斷概率、平均吞吐量；最后本文不僅給出上述基于不同通信場(chǎng)景下中斷性能仿真曲線來(lái)驗(yàn)證相應(yīng)理論公式推導(dǎo)的正確性，還對(duì)不同參數(shù)下的中斷性能數(shù)值結(jié)果進(jìn)行了比較，來(lái)深度分析各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)中斷性能的影響。
　　由上述比較發(fā)現(xiàn)有如下參數(shù)規(guī)律：
　　1.認(rèn)知無(wú)線電中繼協(xié)作系統(tǒng)的分集增益等于系統(tǒng)鏈路數(shù)量，系統(tǒng)中繼終端的增多不僅有利于提高分集增益還能改善中斷概率，而針對(duì)主用戶數(shù)量的增加卻會(huì)