基于多用戶協作的無線認知網絡關鍵技術研究.pdf

1、認知無線電是指具有自主尋找和使用空閑頻譜資源能力的智能無線電技術。認知無線電技術的提出,為解決不斷增長的無線通信應用需求與日益緊張的無線頻譜資源之間的矛盾提供了一種有效的解決途徑,而將認知無線電技術與協作通信技術相結合,不僅能夠增大系統(tǒng)吞吐量,提高信號空間分集,增強抗干擾能力,而且不影響授權用戶的使用,充分利用頻譜資源,解決授權頻段利用率不高而非授權頻段占用擁擠的矛盾,對于研究下一代移動通信及自組織無線網絡都有極其重大的意義。本論文主要

2、研究了認知網絡中的三種主從協作模型:中心控制式,盲協作式和協作式模型。分析了在這三種模型下的系統(tǒng)性能:包括系統(tǒng)中斷概率,網絡傳輸容量,主從用戶協作數據鏈路協議,網絡中最大節(jié)點空間密度及虛擬多入多出(Virtual Multiple Input Multiple Output,VMIMO)信號及干擾的傳輸特性。
　　 論文首先提出一種中心控制式的認知網絡模型。在該模型中,控制中心已知所有用戶的位置并為每個主用戶分配最近的從用戶進行

3、協作通信,控制中心通過從用戶反饋的感知結果來獲取頻譜空洞信息并為從用戶分配工作頻段。主用戶利用正交子信道接入基站,從用戶利用網絡中未用的頻譜空洞采用放大前傳機制為主用戶轉發(fā)數據。推導了在該模型下主用戶的中斷概率,并對主用戶發(fā)送概率,主從用戶間發(fā)射功率的分配和主從用戶個數對系統(tǒng)的影響進行了仿真。理論推導及仿真結果表明在此方案下主從用戶平均分配發(fā)射功率系統(tǒng)性能最優(yōu),而從用戶數目多于主用戶數目時系統(tǒng)性能沒有發(fā)生明顯變化。
　　 其次,

4、論文基于盲協作認知模型設計了一種新型的主從協作數據鏈路層協議。協議要求從用戶具有兩種存儲隊列,一種是存儲主用戶未發(fā)送成功的數據包,另一種存儲從用戶自身的數據,從用戶通過感知系統(tǒng)中多個頻譜空洞接入信道并以一定的概率中繼主用戶未發(fā)送成功的數據包。在此協議基礎上,分析了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)吞吐量并給出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)條件,同時結合主用戶時延的計算,給出了從用戶中繼概率的選擇建議方案。理論分析和仿真結果表明從用戶中繼能夠提高主從用戶吞吐量并能在合適的從用戶中繼概

5、率下降低主用戶的時延。
　　 第三,論文提出了一種基于覆蓋、共存模式的協作認知網絡混合模型,在距離主用戶發(fā)送端較近處采用覆蓋模型,即主用戶把授權的頻譜資源分配一部分給從用戶,而從用戶通過構建虛擬MIMO網絡,采用DPC編碼并利用這部分授權頻段與主用戶協作傳輸；在距離主用戶發(fā)送端較遠處采用共存模型,即從用戶通過控制傳輸功率或減少從用戶空間密度來降低對主用戶的干擾。推導了不同場景下最大從用戶密度上下界并給出了最大值取值時最優(yōu)功率控制

6、參數和臟紙編碼(Dirty Paper Coding,DPC)參數的數值。仿真結果表明采用虛擬MIMO技術時最大從用戶密度遠大于主用戶直接傳輸場景下的從用戶密度值。
　　 第四,論文提出了認知網絡中主從用戶利用虛擬MIMO技術的協作方案,推導了虛擬MIMO信號及主用戶所受干擾的互補累積分布函數(ComplimentaryCumulative Distribution Function,CCDF)上下界及其漸近分布表達式,證明了其