OFDM傳輸體制下的認(rèn)知無線電技術(shù)研究.pdf

1、認(rèn)知無線電具備靈活使用頻譜的能力，極大提升無線頻譜的使用效率，因而成為近十年來無線通信領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。OFDM技術(shù)由于能夠適應(yīng)機(jī)會頻譜接入的頻譜成形要求，因而成為認(rèn)知無線電的主要候選技術(shù)之一。本文以基于OFDM的認(rèn)知無線電技術(shù)在機(jī)會頻譜接入中的應(yīng)用為研究對象，著重研究了OFDM信號功率譜旁瓣的抑制、基于OFDMA的合作頻譜感知結(jié)果的報告融合、基于OFDM的頻譜感知周期調(diào)度這三個問題。
　　 第一，OFDM信號功率譜旁瓣的抑制

2、。OFDM信號的功率譜帶外輻射比較大，數(shù)據(jù)子頻帶內(nèi)的功率溢出到相鄰的授權(quán)用戶正在使用的子頻帶內(nèi)就會對授權(quán)用戶形成干擾。論文分析了基于離散傅里葉變換實(shí)現(xiàn)的OFDM發(fā)射信號的功率譜，將功率譜分為數(shù)字部分和模擬部分，并區(qū)分了帶外輻射和工作頻帶內(nèi)子頻帶外輻射兩種功率泄漏。在可用的連續(xù)子載波數(shù)量比較少的情況下，提出了相鄰子載波相關(guān)加權(quán)的方法抵消頻譜的旁瓣，得到了最優(yōu)的加權(quán)系數(shù)。該方法可以顯著降低帶內(nèi)子帶外功率輻射，并可以提高載波干擾功率比。在可用

3、連續(xù)子載波數(shù)目較多的情況下，提出了一種預(yù)編碼方案，并將最小化工作頻帶內(nèi)子頻帶外輻射問題建模為一個預(yù)編碼矩陣的優(yōu)化問題，得到的預(yù)編碼矩陣不僅可以改善功率譜的帶外特征，還可以充分利用系統(tǒng)的頻率分集。
　　 第二，基于OFDMA的合作頻譜感知結(jié)果的報告融合。合作頻譜感知會獲得比單個認(rèn)知無線電感知更好的感知性能，但參與合作感知的各用戶之間如何交換感知結(jié)果是一個經(jīng)常被忽略的環(huán)節(jié)。特別是當(dāng)感知用戶報告感知結(jié)果的信道是多徑衰落信道時，將對最終

4、的判決結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。論文提出了一種感知用戶利用OFDMA方式報告感知結(jié)果的方案，該方案直接在認(rèn)知無線電的物理層實(shí)現(xiàn)，利用了OFDM收發(fā)信機(jī)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知無線電的感知、感知報告、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿囊惑w化設(shè)計。對于融合判決中心的OFDM接收機(jī)接收的報告信號，利用特征函數(shù)的方法分析了經(jīng)過多徑衰落信道的OFDM信號解調(diào)后的統(tǒng)計特性，并且針對不同的報告信道狀態(tài)信息給出了四種融合判決方法，分別是無報告信道信息的報告結(jié)果硬合并判決，無報告信道

5、信息的報告結(jié)果軟融合判決，有報告信道統(tǒng)計信息的似然比融合，有報告信道完美信道狀態(tài)信息的似然比融合。仿真表明，報告信道的信道狀態(tài)信息的多少決定著感知結(jié)果報告融合方案的性能。
　　 第三，基于OFDM的認(rèn)知無線電頻譜感知周期調(diào)度。為了保證頻譜感知的準(zhǔn)確性，一定空間區(qū)域內(nèi)的認(rèn)知無線電必須周期性的靜默進(jìn)行頻譜感知。一方面，OFDM系統(tǒng)的FFT模塊可以直接用于能量感知，感知時長和感知性能有非線性關(guān)系，在感知周期一定的條件下，感知時長影響頻

6、譜機(jī)會的利用和對授權(quán)用戶的干擾程度。另一方面，進(jìn)入靜默期就必須停止正在進(jìn)行的通信，在感知時長一定的條件下，感知周期的長短決定著認(rèn)知無線電用戶的頻譜機(jī)會利用效率和對授權(quán)用戶的干擾程度。同時，當(dāng)次用戶工作頻帶內(nèi)有多個授權(quán)用戶子頻帶時，各子頻帶上的業(yè)務(wù)量統(tǒng)計特征不同，而基于OFDM的認(rèn)知無線電要一次感知所有子頻帶，感知周期的調(diào)度需要考慮所有子頻帶上的業(yè)務(wù)情況。本文將每個子頻帶上的授權(quán)用戶業(yè)務(wù)狀態(tài)建模為交替更新過程，分析了在頻譜感知有錯誤的條件

7、下可用頻譜機(jī)會時長和對授權(quán)用戶干擾時長的概率密度函數(shù)，給出了感知時長與感知性能的關(guān)系以及感知周期與認(rèn)知無線電用戶頻譜機(jī)會利用效率之間的關(guān)系。論文將最優(yōu)感知周期的選擇建模為一個有約束的非線性規(guī)劃問題，即在滿足對授權(quán)用戶干擾限制的條件下，使認(rèn)知無線電用戶頻譜機(jī)會利用效率最大化。仿真表明，授權(quán)用戶檢測概率越高，要求的感知時間越長，通過優(yōu)化得到的最優(yōu)的感知周期越長；在選擇最優(yōu)的感知周期后，認(rèn)知無線電用戶的頻譜機(jī)會利用效率越高，對授權(quán)用戶的干擾越