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

1、無(wú)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(dòng)了新型無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，特別是尋求新的頻譜使用策略來(lái)提高頻譜利用率。近年來(lái)出現(xiàn)的認(rèn)知無(wú)線電新技術(shù)，為無(wú)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(wú)線電頻譜共享技術(shù)作為一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域，在新一代的無(wú)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(wú)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(duì)這個(gè)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(cè)方案，在獲得頻譜使用感知結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)頻譜共享技術(shù)展開討論，提出了多天線認(rèn)知無(wú)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(hù)機(jī)制，提出了新的動(dòng)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(wú)線電頻譜感知模型，為提高頻譜檢測(cè)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(cè)算法。
　　 為提高認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中頻譜檢測(cè)的可靠性，構(gòu)建了具有多天線系統(tǒng)的認(rèn)知無(wú)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(cè)新算法。該算法利用認(rèn)知用戶多個(gè)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(cè)概率最大化的天線進(jìn)行合作檢測(cè)，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(duì)多用戶認(rèn)知

4、無(wú)線電系統(tǒng)的影響，構(gòu)建了多用戶認(rèn)知MIMO無(wú)線電系統(tǒng)模型，據(jù)此推導(dǎo)分析了多天線對(duì)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(wú)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(yàn)證理論分析的正確性，比較了理論值和仿真值試驗(yàn)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(duì)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(duì)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(wú)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(duì)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(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)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(wú)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(duì)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(duì)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(shí)，由于充分的利用了頻譜機(jī)會(huì)，相比于系統(tǒng)單獨(dú)采用覆蓋或

7、平鋪接入方式大大地提高了系統(tǒng)的實(shí)際吞吐量。對(duì)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(hù)機(jī)制的多信道傳輸策略。
　　 在認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中提出一種新的動(dòng)態(tài)頻譜接入多信道傳輸策略。在頻譜的動(dòng)態(tài)模型基礎(chǔ)上，提出具有主用戶保護(hù)機(jī)制的多信道傳輸策略