認(rèn)知無線電中幀結(jié)構(gòu)優(yōu)化和功率控制研究.pdf

1、頻譜資源的高度稀缺與已授權(quán)頻譜的低效利用之間的矛盾迫切需要一種新的技術(shù)從根本上予以解決。而在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中,認(rèn)知無線電用戶(認(rèn)知用戶)能以一種動(dòng)態(tài)的頻譜接入方式機(jī)會(huì)地接入授權(quán)頻譜的頻譜空洞,在不會(huì)影響授權(quán)用戶(主用戶)正常通信的基礎(chǔ)上,可以有效的提高授權(quán)頻譜的利用效率,解決頻譜資源稀缺的問題。認(rèn)知用戶的首要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)頻譜空洞,且在利用頻譜空洞的過程中不允許對(duì)主用戶造成不可忍受的干擾,因而認(rèn)知用戶必須快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行頻譜檢測(cè)。目前,有幾

2、種較常見的頻譜檢測(cè)算法,本文對(duì)其原理和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。能量檢測(cè)的原理是在所感興趣的頻帶和觀察時(shí)間內(nèi)對(duì)接收到的能量進(jìn)行累加,當(dāng)累加值(即能量檢測(cè)值)大于預(yù)設(shè)門限值時(shí),認(rèn)知用戶判決存在主用戶信號(hào),反之,則判決不存在主用戶信號(hào)。由于能量檢測(cè)具有簡(jiǎn)單易操作的優(yōu)點(diǎn),最具有實(shí)用價(jià)值,因而成為廣大研究人員最常用的檢測(cè)方法。
　　 在目前的大部分研究中,認(rèn)知用戶都是基于能量檢測(cè)值和判決門限對(duì)主用戶的是否存在做出簡(jiǎn)單的二元判決,且認(rèn)知用戶在做出

3、判決后常采用固定的發(fā)送時(shí)間或等待時(shí)間的幀結(jié)構(gòu)。類似于通信系統(tǒng)中的軟判決,我們可以預(yù)見,認(rèn)知用戶檢測(cè)到的主用戶的能量值大小包含了主用戶是否存在的可用信息,簡(jiǎn)單的二元判決,必然會(huì)丟失可用信息?；谏鲜隹紤],本文提出一種新的幀結(jié)構(gòu)模型,即利用能量檢測(cè)信息,自適應(yīng)調(diào)整發(fā)送時(shí)間和等待時(shí)間,且分別在信道效率和丟失性能的優(yōu)化指標(biāo)下,給出了優(yōu)化的發(fā)送時(shí)間和等待時(shí)間。具體的優(yōu)化過程為,當(dāng)某一幀的能量檢測(cè)值落于某一個(gè)能量區(qū)間時(shí),假設(shè)該區(qū)間對(duì)應(yīng)的最優(yōu)的發(fā)送時(shí)

4、間或等待時(shí)間為一個(gè)未知量,我們首先計(jì)算出在該未知量下所帶來的系統(tǒng)性能(歸一化的信道效率或丟失性能)。然后,在歸一化的干擾時(shí)間受限的條件下,為了最大化歸一化的信道效率,計(jì)算出最優(yōu)的發(fā)送時(shí)間；同樣,為了最小化丟失性能,優(yōu)化出等待時(shí)間,從而實(shí)現(xiàn)感知開銷與丟失的頻譜機(jī)會(huì)之間的權(quán)衡。最后,令能量區(qū)間的間隔寬度趨近于零,對(duì)上一步驟計(jì)算出的最優(yōu)的發(fā)送時(shí)間和等待時(shí)間求極限值。
　　 認(rèn)知用戶的發(fā)射功率大小既影響了自身的通信性能(本文考慮的為平均

5、吞吐量),又會(huì)直接影響對(duì)主用戶的干擾水平(本文考慮的為峰值干擾功率),因而,對(duì)認(rèn)知用戶的發(fā)射功率進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)平均吞吐量和峰值干擾功率之間的權(quán)衡是非常有必要的。本文在高斯信道下,以能量檢測(cè)值為變量,以平均吞吐量和峰值干擾功率之間的權(quán)衡為目標(biāo),給出了認(rèn)知用戶發(fā)射功率的自適應(yīng)優(yōu)化值。最后,通過MATLAB仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文提出的方法。仿真結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的非自適應(yīng)的方法相比,本文的自適應(yīng)方法能帶來較大的性能提高。且隨著對(duì)能量檢測(cè)值的區(qū)分精度