認知無線網(wǎng)絡(luò)中的頻譜感知和功率控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信的快速發(fā)展，有限的頻譜資源變得越來越擁擠。然而，目前頻譜資源的缺乏在很大程度上是由于低效率的靜態(tài)頻譜分配方案引起的，而不是物理上頻譜本身的短缺。因此，與不斷開放新的頻段滿足新增業(yè)務(wù)的需求相比，改變頻譜資源的分配方式是更具有前景的一種方法。為了處理頻譜資源緊缺和頻譜低利用率之間的矛盾，認知無線電技術(shù)(CR)被認為是解決目前無線授權(quán)頻譜低利用率的最佳方案。它可在不影響主用戶(PU)通信的前提下，讓認知用戶或次級用戶（SU）與PU

2、共享頻譜資源，從而提高無線頻譜利用率。
　　 本文深入研究了認知無線電的頻譜感知技術(shù)，探討了認知中繼網(wǎng)絡(luò)的功率控制問題。主要工作和貢獻如下：
　　 (1)提出一種基于感知結(jié)果可靠性的頻譜感知算法。只有當認知用戶本地感知結(jié)果可信時，才將其判決的二進制結(jié)果（0或1）發(fā)送到數(shù)據(jù)融合中心；否則，該認知用戶用一價循環(huán)平穩(wěn)特征算法重新檢測該頻段。認知無線電系統(tǒng)中頻譜感知的作用是有能力以盡量快且準確地確定某頻段是否有主用戶存在。為了達

3、到這個要求，提出了一種通過考慮感知結(jié)果可靠性的頻譜感知算法。同時，在理論上推導了循環(huán)平穩(wěn)特征撿測算法的感知性能，并用接收端特征曲線(ROC)來表征該算法的檢測性能。由于一階特征檢測是在時域完成的，因此提出的算法具有實時操作和低功耗等優(yōu)點。由于受無線信道陰影和衰落的影響，單個認知用戶很難準確地檢測到主用戶，因此，又將該算法擴展到協(xié)作頻譜感知算法。
　　 (2)針對協(xié)作頻譜感知中衰落型報告信道（即SUs與融合中心間的鏈路）引入的誤碼

4、，提出兩種協(xié)作頻譜感知算法：基于SU選擇的協(xié)作頻譜感知算法和基于分布式MIMO的協(xié)作頻譜感知算法。由于協(xié)作頻譜感知能夠更準確地確定主用戶的存在與否，因此，它被認為是認知無線電技術(shù)中的一個重要研究分支。在集中式協(xié)作頻譜感知中，各認知用戶需要通過報告信道發(fā)送其本地判決結(jié)果（0或1）到融合中心。目前，對協(xié)作頻譜感知的研究很多都是假設(shè)報告信道為理想信道（即無誤傳輸）。然而，在實際中，報告信道通常是受衰落的影響，這將降低頻譜感知的檢測性能。針對這

5、個問題，首先，提出一種基于SU選擇的協(xié)作頻譜感知算法。該算法通過減小由衰落信道引進的誤碼概率來提高協(xié)作頻譜感知的檢測性能。其次，又提出一種基于分布式MIMO的協(xié)作頻譜感知方法。通過在CR網(wǎng)絡(luò)中，利用空間分集增益來降低由衰落報告信道引入的誤碼概率，從而提高檢測性能。
　　 (3)構(gòu)建了一種認知中繼網(wǎng)絡(luò)模型。該模型由源節(jié)點、目的節(jié)點、認知中繼節(jié)點及主用戶構(gòu)成。認知中繼節(jié)點以與PU共存的方式為源節(jié)點輔助傳輸信息到目的節(jié)點，只要保證其對

6、PU通信造成的干擾在PU干擾門限值以下。首先，考慮單個認知中繼節(jié)點的情形，當采用解碼轉(zhuǎn)發(fā)DF(Decode-and-Forward)中繼模式時，分析了該模型在兩種功率限制條件和三種無線信道情況下使接收端中斷概率最小的功率控制策略；其次，考慮多個認知中繼節(jié)點的情形，假設(shè)源節(jié)點、目的節(jié)點和認知中繼節(jié)點之間的瞬時信道邊信息(CSI)和認知中繼節(jié)點到主用戶之間的均值信道增益已知的前提下，研究該模型中認知中繼節(jié)點分別采用放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)和基于AF