頻譜感知與通信系統(tǒng)的性能分析與設(shè)計.pdf

1、認(rèn)知無線電技術(shù)是解決頻譜短缺，提高頻譜效率的有效手段。通過對周圍無線頻譜環(huán)境進(jìn)行感知，認(rèn)知無線電用戶可以識別自身所處的頻帶是否已被授權(quán)用戶占用，并通過有效的傳輸方案合理利用無線信道上的頻譜空穴(spectrum Hole)，在傳輸信號的同時，使其產(chǎn)生的同信道干擾強(qiáng)度可以被授權(quán)用戶所接受，從而達(dá)到對授權(quán)用戶的保護(hù)。認(rèn)知無線電技術(shù)代表了未來無線通信發(fā)展的新方向，為此，獲得了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
　　 本文在“中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)

2、專項資金(編號017125)”資助下，對頻譜感知，幀結(jié)構(gòu)設(shè)計，通信協(xié)議設(shè)計等問題進(jìn)行了深入研究，并給出性能分析和設(shè)計方案。具體研究工作如下：
　　 1．頻譜感知性能分析方面，研究更為一般的無線衰落信道模型下的頻譜感知能量檢測性能。重點考慮高信噪比和低信噪比情況。在高信噪比情況下，根據(jù)漏檢概率的表達(dá)形式，提出了感知增益這一概念，并利用這一概念對常見的衰落信道模型和分集接收方案進(jìn)行了量化。在低信噪比情況下，給出了虛警概率和檢測概率的

3、近似關(guān)系，并將這種關(guān)系推廣到協(xié)作頻譜感知情況。最后，考慮了控制信道上的傳輸錯誤對頻譜感知性能的影響，推導(dǎo)出了虛警概率、檢測概率的取值上下界與傳輸錯誤概率的函數(shù)關(guān)系。在假設(shè)所有控制信道上錯誤概率均相等的前提下，給出了這個錯誤概率的取值上界。
　　 2．協(xié)作頻譜感知方案設(shè)計方面，考慮了突發(fā)式授權(quán)用戶信道模型下的協(xié)作頻譜感知性能優(yōu)化問題。給出了感知錯誤概率在突發(fā)信道模型下的表達(dá)形式，稱之為平均錯誤概率。為達(dá)到合理利用授權(quán)信道的目的，構(gòu)

4、造了以平均錯誤概率為目標(biāo)函數(shù)，以最大后驗漏檢概率為限制條件的優(yōu)化問題。研究分別給出了最優(yōu)融合法則求解算法(稱為算法I)和最優(yōu)融合法則及最優(yōu)能量檢測門限求解算法(稱為算法Ⅱ)。數(shù)值結(jié)果表明，利用算法Ⅰ和算法Ⅱ得到的平均錯誤概率取值與相應(yīng)的理論最小值(利用窮收索獲得)相吻合。這意味著信道的利用率達(dá)到了最大。
　　 3．幀結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，提出以正確接收的比特速率作為吞吐量指標(biāo)的優(yōu)化問題，并分析了數(shù)據(jù)鏈路層的感知—吞吐量折中，給出了令吞吐

5、量最大化的感知長度求解算法，稱為算法Ⅲ。研究進(jìn)一步將問題推廣到協(xié)作頻譜感知情況，在并行網(wǎng)絡(luò)模型下，為最大化認(rèn)知無線電用戶吞吐量，給出了最優(yōu)感知時隙長度和最優(yōu)融合法則的求解算法，稱為算法Ⅳ。最后，在連續(xù)變化的感知信噪比下，我們將利用算法Ⅲ和算法Ⅳ所獲得的吞吐量與通過固定幀長，固定融合法則所獲得的吞吐量進(jìn)行了比較。
　　 4．協(xié)作通信協(xié)議設(shè)計方面，對突發(fā)式授權(quán)用戶信道模型下的認(rèn)知無線電用戶協(xié)作傳輸問題進(jìn)行了深入的討論。提出了放大中繼

6、傳輸方案以及基于重復(fù)的放大中繼傳輸方案，并分別推導(dǎo)出中斷概率，分集階數(shù)和傳輸時隙的數(shù)學(xué)表達(dá)式。最后對以上指標(biāo)進(jìn)行了深入的比較，結(jié)果表明：基于重復(fù)的放大中繼傳輸方案在可靠性方面(中斷概率，分集增益)優(yōu)于放大中繼傳輸方案，但放大中繼傳輸方案在有效性方面(傳輸時隙)優(yōu)于基于重復(fù)的放大中繼傳輸方案。
　　 綜上所述，本文針對認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行了深入的討論。在物理層方面，著重給出衰落信道下能量檢測的性能分析；在數(shù)據(jù)鏈路層