異構無線網(wǎng)絡中的若干關鍵技術研究.pdf

1、隨著無線通信網(wǎng)絡的發(fā)展，從以前簡單的實現(xiàn)某一通信目的網(wǎng)絡逐漸豐富化，演變?yōu)槎鄠€獨立的可支持多種業(yè)務的網(wǎng)絡，隨著應用和用戶需求的提升，下一代異構無線網(wǎng)絡（Next GenerationHeterogeneous Wireless Network，NGHCN）對融合的需求日趨提高。在異構網(wǎng)絡中尚存在若干關鍵問題亟待研究，如參考模型或體系結構、泛在移動性管理、空中接口互連、聯(lián)合無線資源管理和服務質(zhì)量管理等。隨著網(wǎng)絡環(huán)境的變化、業(yè)務類型的豐富、

2、用戶需求的提高以及無線頻譜資源的稀缺，這些問題都變得更加復雜而難以解決，需要全新的理論和相關技術進行支持，因此，研究異構通信網(wǎng)絡中的關鍵理論和技術對于未來通信系統(tǒng)的發(fā)展和應用具有重要意義。由于異構融合通信網(wǎng)絡體系龐大，所包含的內(nèi)容比較多，本文重點研究了其中基于NGHCN異構網(wǎng)絡架構的增強移動性管理（網(wǎng)絡選擇和智能切換）以及支持異構網(wǎng)絡空中接口融合并從根本解決頻譜匱乏問題的認知無線電技術以及異構網(wǎng)絡中基于認知無線電技術的聯(lián)合無線資源管理和

3、服務質(zhì)量管理，并針對其中存在的一些關鍵問題提出了解決方案。
　　 本論文的主要工作和創(chuàng)新之處在于：
　　 首先，用戶移動性是移動通信網(wǎng)絡中的一個典型行為，已有的網(wǎng)絡中的移動性管理技術已經(jīng)得到充分探討，但在異構網(wǎng)絡環(huán)境中，如何保障用戶跨越基于不同結構和協(xié)議的網(wǎng)絡時的業(yè)務性能是一個亟待研究的問題。本文基于下一代異構通信網(wǎng)絡架構并參考國際規(guī)范和協(xié)議提出一個增強移動性管理框架，主要包括網(wǎng)絡探測、網(wǎng)絡選擇和網(wǎng)絡切換三個步驟。提出一

4、種可用于當前異構網(wǎng)絡環(huán)境中的網(wǎng)絡/終端選擇算法，綜合考慮網(wǎng)絡和終端性能以及用戶和業(yè)務需求，為用戶選擇最佳的網(wǎng)絡和終端提供服務，實現(xiàn)以用戶為中心的泛在移動性。
　　 其次，本文著重研究了認知無線電技術在異構網(wǎng)絡中的應用，隨著業(yè)務的日益豐富，用戶需求也隨之增長，而無線頻譜匱乏的問題已成為未來網(wǎng)絡發(fā)展的瓶頸；同時，為了實現(xiàn)基于不同空中接口以及協(xié)議棧無線網(wǎng)絡的新型業(yè)務，對異構網(wǎng)絡接口互聯(lián)互通提出了更高的要求。為了解決以上問題，認知無線電

5、技術應運而生。認知無線電基于軟件無線電平臺，可動態(tài)感知無線頻譜環(huán)境，根據(jù)環(huán)境動態(tài)改變系統(tǒng)參數(shù)加以適配，同時根據(jù)不同的網(wǎng)絡的空中接口和協(xié)議棧重配置，通過動態(tài)頻譜共享技術，進一步提高頻譜利用率的同時實現(xiàn)空中接口互連。頻譜感知是認知無線電系統(tǒng)的關鍵功能之一，探測信號存在性并進行識別是異構網(wǎng)絡空中接口互連的前提。本文針對認知無線電系統(tǒng)中的六種常見信號提出一種基于循環(huán)平穩(wěn)特性檢測的頻譜感知方案，，通過循環(huán)譜分析選取簡單有效的譜相關特征形成特征向量

6、，結合統(tǒng)計模式識別方法設計了一個非線性支持向量機分類器，并選擇最優(yōu)核函數(shù)和核參數(shù)用于主用戶信號識別。通過仿真對算法性能進行了驗證，并在不同信道條件下與傳統(tǒng)分類器的性能進行了分析比較。仿真結果表明本方案在低信噪比和小樣本條件下具有更好的識別性能。
　　 然后，本文提出一種結合頻譜自適應（Spectrum Adaptation，SA）與MIMO-OFDM技術的動態(tài)頻譜共享方案。該方案通過功率門限模型實現(xiàn)非授權信號的自適應頻譜成型，并

7、給出了一種簡單的動態(tài)功率分配算法以最大化比特率。仿真結果表明，該方案能夠克服干擾溫度模型的局部干擾問題，使用MIMO技術可進一步提高系統(tǒng)性能，通過動態(tài)功率分配算法可降低計算復雜性并提高頻譜利用率。
　　 最后，多輸入多輸出正交頻分復用（MIMO-OFDMA）技術和多輸入多輸出多載波碼分多址（MIMO-MC-CDMA）技術結合了抗符號間干擾和頻率選擇性衰落以及高容量特性，已分別成為3GPP Long TermEvolution（L

8、TE）和超三代（B3G）以及四代（4G）移動通信系統(tǒng)的核心技術。本文研究了多用戶MIMO-OFDMA系統(tǒng)和MIMO-MC-CDMA系統(tǒng)中基于認知無線電技術的動態(tài)頻譜共享，并針對不同的通信業(yè)務設計了不同的用戶效用函數(shù)保障業(yè)務QoS。提出一種基于用戶效用和最大化的動態(tài)資源分配與調(diào)度方案，通過松弛約束條件將NP-hard的組合最優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題并通過拉格朗日對偶法進行分解，利用次梯度迭代算法求解對偶問題求得原始問題最優(yōu)解。仿真結果表明