認(rèn)知無(wú)線電Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信中不同網(wǎng)絡(luò)、不同接入方式之間業(yè)務(wù)量的快速增長(zhǎng)，頻譜資源越來(lái)越緊缺。如何進(jìn)一步提高頻譜利用率，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量和通信服務(wù)質(zhì)量是下一代無(wú)線通信亟待解決的問(wèn)題。認(rèn)知無(wú)線電（CR，Cognitive Radio）技術(shù)的研究是一個(gè)嶄新的課題，它可以實(shí)現(xiàn)閑置頻譜的充分利用，在新一代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
　　Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是自組織、無(wú)固定基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。融合認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體

2、的認(rèn)知無(wú)線電Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)（CRAHNs）是目前認(rèn)知無(wú)線電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，CRAHNs網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，可以為用戶提供寬帶無(wú)線多媒體業(yè)務(wù)。
　　本論文以CRAHNs網(wǎng)絡(luò)接入中的MAC層和物理層為研究對(duì)象，研究CRAHNs網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，主要研究工作包括如下方面：
　　1.針對(duì)帶簇頭的CRAHN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，引入授權(quán)用戶與認(rèn)知用戶之間碰撞概率約束條件，對(duì)認(rèn)知用戶的可用信道機(jī)會(huì)進(jìn)行了約束馬爾科夫決策過(guò)程（

3、Constrained Markov Decision Processes，CMDPs）建模，抽象為在碰撞概率約束條件下，尋找使信道吞吐率最大的策略最優(yōu)解。基于所感知到的信道狀態(tài)信息（授權(quán)信道忙閑狀態(tài)、信噪比、信道均衡參數(shù)），分別對(duì)單個(gè)發(fā)送用戶和N個(gè)發(fā)送用戶在M個(gè)頻點(diǎn)上認(rèn)知用戶的可用信道機(jī)會(huì)，提出了單認(rèn)知用戶對(duì)的自適應(yīng)信道接入算法（Adaptively Channel Access Algorithm for Single CR use

4、r，ACAAS）和多認(rèn)知用戶對(duì)的自適應(yīng)信道接入算法（Adaptively Channel Access Algorithm for Multiple CR users，ACAAM）。
　　2.對(duì)多業(yè)務(wù)、帶簇頭的CRAHNs系統(tǒng)，周期性語(yǔ)音業(yè)務(wù)與非周期性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)混合在一起，當(dāng)單個(gè)CR用戶的業(yè)務(wù)量不大時(shí)，將面臨多個(gè)CR用戶如何共享單個(gè)信道、如何容納更多CR用戶的問(wèn)題。為此，論文中引入了EEE802.11e的HCF混合機(jī)制，來(lái)解決同一信

5、道上多用戶共享的問(wèn)題；針對(duì)HCF機(jī)制在VoWLAN（VoIP over WLAN）業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)混合傳輸時(shí)信道能容納的話路數(shù)少、語(yǔ)音業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)獲得信道的機(jī)會(huì)不可控等問(wèn)題，采用無(wú)競(jìng)爭(zhēng)預(yù)約排隊(duì)信道接入（CFRQCA）機(jī)制和基于業(yè)務(wù)流量監(jiān)測(cè)的接入機(jī)會(huì)自適應(yīng)調(diào)度算法（AOASA），對(duì)該情況下的媒質(zhì)接入控制（MAC）協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)。理論分析和仿真表明，CFRQCA機(jī)制和AOASA調(diào)度算法能顯著提高信道容納的話路數(shù)、滿足多用戶共享單個(gè)認(rèn)知信道下

6、、含實(shí)時(shí)語(yǔ)音的混合多業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求。
　　3.提出了一種基于 OFDM/nQAM調(diào)制技術(shù)和跨層控制思想的、發(fā)射功率與頻譜子帶數(shù)自適應(yīng)可調(diào)的多用戶信道共享機(jī)制，該機(jī)制在一個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)與多個(gè)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，可以將多個(gè)MAC突發(fā)幀融合在同一個(gè)物理幀中的不同子帶上，并根據(jù)接收用戶與發(fā)送用戶間的距離、突發(fā)幀的不同重要性、幀長(zhǎng)，選擇對(duì)應(yīng)的發(fā)射能量、調(diào)制映射和信道糾錯(cuò)方案、子帶內(nèi)的頻點(diǎn)數(shù)，因多個(gè)突發(fā)幀共享同一個(gè)訓(xùn)練序列而節(jié)省了開(kāi)銷(xiāo)，因此提高了信道的吞

7、吐率，同時(shí)也節(jié)省了節(jié)點(diǎn)的發(fā)射能量。搭建了基于軟件無(wú)線電概念的、由DSP/FPGA/ADC/DAC基帶處理板、射頻設(shè)備、矢量信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng) OFDM/nQAM調(diào)制解調(diào)模塊，對(duì)ACAAS算法、ACAAM算法和單信道多用戶共享下的CFRQCA機(jī)制和AOASA調(diào)度算法進(jìn)行了FPGA和DSP下的編程實(shí)現(xiàn)；針對(duì)FPGA技術(shù)中數(shù)字混頻正交解調(diào)器實(shí)現(xiàn)算法，提出了降低運(yùn)算量、提高帶寬、減少FPGA資源消耗的改進(jìn)算法