基于多天線的認(rèn)知無線電動態(tài)頻譜共享技術(shù)研究.pdf

1、無線通信快速發(fā)展的需求以及頻譜資源擁擠的狀況，極大地推動了新型無線通信技術(shù)的發(fā)展，特別是尋求新的頻譜使用策略來提高頻譜利用率。近年來出現(xiàn)的認(rèn)知無線電新技術(shù)，為無線電頻譜的使用提供了更加靈活、更加有效的方案，認(rèn)知無線電頻譜共享技術(shù)作為一個嶄新的研究領(lǐng)域，在新一代的無線通信網(wǎng)絡(luò)中將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。本文正是基于這一背景開展的研究。
　　 認(rèn)知無線電頻譜共享技術(shù)研究的主要目的，在于通過授權(quán)主用戶和認(rèn)知用戶之間、以及認(rèn)知用戶相互之

2、間共享頻譜，從而在保證主用戶正常通信的前提下，極大的提高頻譜利用率。針對這個目的，本文首先提出基于多天線選擇和能量感知的頻譜檢測方案，在獲得頻譜使用感知結(jié)果的基礎(chǔ)上對頻譜共享技術(shù)展開討論，提出了多天線認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的頻譜共享的新算法和新策略，最后著重考慮主用戶保護機制，提出了新的動態(tài)頻譜接入多信道傳輸策略。具體而言，主要工作和創(chuàng)新如下：
　　 （1）構(gòu)建了具有多天線系統(tǒng)的認(rèn)知無線電頻譜感知模型，為提高頻譜檢測的可靠性，提出了一

3、種新的基于天線選擇和能量感知的頻譜檢測算法。
　　 為提高認(rèn)知無線電系統(tǒng)中頻譜檢測的可靠性，構(gòu)建了具有多天線系統(tǒng)的認(rèn)知無線電頻譜感知模型，并基于該模型提出了一種新的基于天線選擇和能量感知的頻譜檢測新算法。該算法利用認(rèn)知用戶多個接收天線的感知信息，根據(jù)認(rèn)知用戶與主用戶之間信道的差異，充分利用多天線的空間分集，選擇部分能夠使檢測概率最大化的天線進(jìn)行合作檢測，從而提高感知數(shù)據(jù)的可靠性。
　　 （2）研究了多天線技術(shù)對多用戶認(rèn)知

4、無線電系統(tǒng)的影響，構(gòu)建了多用戶認(rèn)知MIMO無線電系統(tǒng)模型，據(jù)此推導(dǎo)分析了多天線對主用戶和認(rèn)知用戶中斷概率性能的影響。
　　 構(gòu)建了多用戶認(rèn)知MIMO無線電系統(tǒng)模型，詳細(xì)的推導(dǎo)了系統(tǒng)在平坦瑞利衰落信道環(huán)境下的多天線下行高斯信道中，認(rèn)知用戶和主用戶的中斷概率，給出它們的閉合數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過分析可以看到系統(tǒng)SINR（信干比）門限值的選取也決定了中斷概率的變化。最后，通過仿真驗證理論分析的正確性，比較了理論值和仿真值試驗結(jié)果。大量的仿真

5、結(jié)果表明，雖然認(rèn)知用戶的多天線技術(shù)對主用戶的中斷概率有一定的影響，即增大了主用戶的中斷概率，但是對于認(rèn)知用戶而言多天線技術(shù)則大大的降低了系統(tǒng)的中斷概率。
　　 （3）建立了主用戶和認(rèn)知用戶共存的認(rèn)知無線電多用戶系統(tǒng)模型，提出一種基于干擾溫度和信干噪比的主用戶和認(rèn)知用戶的頻譜共享策略，達(dá)到在保證主用戶正常通信的情況下提高認(rèn)知用戶的QoS性能的目的；此外，通過考慮主用戶對認(rèn)知系統(tǒng)的影響提出多天線頻譜共享優(yōu)化問題。
　　 為提

6、高頻譜利用率，實現(xiàn)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中主用戶和認(rèn)知用戶的頻譜共享目的，建立了主用戶和認(rèn)知用戶共存的認(rèn)知無線電多用戶系統(tǒng)模型。由于干擾是頻譜共享問題的主要因素，在干擾溫度與信干噪比限制條件下對系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析，意在討論認(rèn)知用戶的加入和退避對主用戶及系統(tǒng)容量等方面的影響。通過推導(dǎo)系統(tǒng)容量以及大量的仿真表明，本文提出的主用戶和認(rèn)知用戶頻譜共享策略在保證主、認(rèn)知用戶的干擾溫度與信干噪比限制的同時，由于充分的利用了頻譜機會，相比于系統(tǒng)單獨采用覆蓋或

7、平鋪接入方式大大地提高了系統(tǒng)的實際吞吐量。對于多天線頻諧共享優(yōu)化問題，通過考慮主用戶的影響，提出基于主用戶行為的多天線頻譜共享方案，并在頻譜共享的覆蓋接入和平鋪接入兩種不同的接入方式下，分別提出系統(tǒng)頻譜共享優(yōu)化算法。
　　 （4）為提高認(rèn)知用戶的接入效率，提出具有主用戶保護機制的多信道傳輸策略。
　　 在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中提出一種新的動態(tài)頻譜接入多信道傳輸策略。在頻譜的動態(tài)模型基礎(chǔ)上，提出具有主用戶保護機制的多信道傳輸策略