感知無線電系統(tǒng)中的多天線技術應用研究.pdf

1、無線通信區(qū)別于其他通信方式的最主要特征在于無線信道的開放性，工作在同一頻率上的無線通信系統(tǒng)之間會相互干擾。為了避免這種同頻干擾，不同的無線通信系統(tǒng)通常工作在不同的頻段上。所以說，無線頻譜是一種非常寶貴的資源。然而，隨著無線通信理論的進步和技術的發(fā)展，新的無線通信系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，無線業(yè)務也在不斷膨脹。因此，現(xiàn)有的無線頻譜資源日趨緊張。
　　 感知無線電技術能夠有效地提高無線頻譜的使用效率，從根本上解決無線頻譜資源相對不足的問題，引起

2、了國內(nèi)外研究學者的廣泛關注。另一方面，多天線技術，或者多入多出技術，在時間維度和頻率維度的基礎上增加了空間維度，利用空間復用能夠在不占用額外頻譜資源的條件下，成倍地提高鏈路容量，一直是近幾年無線通信領域研究的焦點。感知無線電和多天線技術均為提高頻譜使用效率的有效方法。將多天線技術應用到感知無線電系統(tǒng)中，可以進一步大幅度地提高頻譜使用效率。
　　 感知無線電系統(tǒng)中的關鍵技術主要包括三個部分：快速準確的頻譜感測技術、自適應傳輸技術和

3、頻譜管理技術。本文系統(tǒng)地研究了感知無線電系統(tǒng)中的多天線技術，屬于自適應傳輸技術的范疇。利用多天線技術，主網(wǎng)絡和感知網(wǎng)絡在空間維度上保持正交或者半正交，可以完全避免或者降低感知網(wǎng)絡對主網(wǎng)絡的干擾，能夠使兩個網(wǎng)絡同時同頻地工作，從而進一步提高頻譜資源的使用效率。本文將感知無線電系統(tǒng)分為集中式和分布式兩大類，分別展開研究，主要的創(chuàng)新點如下：
　　 第一，在集中式感知無線電網(wǎng)絡中，主網(wǎng)絡和感知網(wǎng)絡共享同一段頻譜資源。為了使感知網(wǎng)絡和主網(wǎng)

4、絡同時同頻地工作，我們在感知基站側(cè)安裝多根天線，在時間維度和頻率維度的基礎上引入空間維度。我們的目標是在感知網(wǎng)絡對主網(wǎng)絡的干擾小于干擾溫度門限的前提下，最大化感知網(wǎng)絡的容量。通過聯(lián)合考慮波束成形、感知用戶的調(diào)度以及功率分配三個環(huán)節(jié)，本文給出了該條件下感知無線電網(wǎng)絡下行鏈路的整套解決方案，并對其復雜度進行了分析。最后，本文從通信仿真的角度對所提方案的性能進行了評估。仿真結果表明，本文所提出的解決方案對功率分配具有良好的健壯性。
　　

5、 第二，同樣是在集中式感知無線電網(wǎng)絡中，我們的目標為在感知網(wǎng)絡對主網(wǎng)絡完全沒有干擾的條件下，最大化感知網(wǎng)絡的容量。在具體算法方面，同樣包括波束成形、感知用戶的選擇以及功率分配三個部分。在波束成形方面，基于子空間理論，本文提出了投影法和正交基法兩種波束成形算法。關于正交基法，文中給出了基于奇異值分解的和基于QR分解的兩種實現(xiàn)方式。在感知用戶的調(diào)度方面，文章給出了逐個選擇法和逐個排除法兩種調(diào)度算法，并指出了各自的應用場合。仿真結果表明，對

6、于文中所提方案，即使是采用簡單高效而非最優(yōu)的等功率分配方案，系統(tǒng)性能也不會有太多的損失。
　　 第三，在分布式感知無線電網(wǎng)絡中，我們考慮了一對主用戶和一對感知用戶共享同一段頻譜的情況。利用無線信道時間維度上的相關性，本文提出了自適應波束成形算法。該算法能夠根據(jù)主用戶的工作狀態(tài)，自適應地調(diào)整波束的方向，在理想信道估計的條件下可以完全避免對主用戶造成干擾，同時還能夠最大化感知鏈路的容量。即便在存在信道估計誤差的時候，也可以通過功率控