認知無線網(wǎng)絡干擾對齊與頻譜共享技術(shù)研究.pdf

1、未來的無線通信網(wǎng)絡已朝著通信速率更高、傳輸容量更大的多媒體通信方向發(fā)展，必將有大規(guī)模的頻譜資源需求。實際，各種頻譜效率提升技術(shù)均是在頻譜無沖突，即用戶間不存在頻率干擾的條件下提出的。本質(zhì)上說，頻譜效率的提升是解決無線網(wǎng)絡中用戶頻率干擾問題的。本文正是在這一背景下，提出認知網(wǎng)絡中的干擾對齊技術(shù)及頻譜共享拍賣技術(shù)。期望認知網(wǎng)絡與這兩項技術(shù)的結(jié)合能夠最大化頻譜效率。
　　本文的主要工作如下:
　　1.認知網(wǎng)絡機會接入機制的研究

2、r>　　傳統(tǒng)認知網(wǎng)絡中，認知用戶只能接入主要用戶的空閑頻帶，而不能同時與主要用戶共享帶寬。為了實現(xiàn)頻譜資源更加有效的利用，本文提出了一種容量最優(yōu)機會干擾對齊接入算法。該算法在保證主要用戶信道容量的基礎(chǔ)上，認知用戶與主要用戶可以占用相同的頻帶同時接入網(wǎng)絡且認知用戶對主要用戶的干擾為零。所提出的算法由混合網(wǎng)絡基站估計信道狀態(tài)信息并計算主要用戶的信道容量及系統(tǒng)總信道容量。根據(jù)容量最優(yōu)的準則確定預編碼向量及解碼向量。當主要用戶的信道容量與未接入

3、認知用戶時相比不下降，同時，總信道容量大于未接入認知用戶時的總?cè)萘浚藭r，認知用戶以容量最優(yōu)機會干擾對齊的方式接入網(wǎng)絡。仿真結(jié)果表明，在相同信道狀態(tài)條件下，所提出的算法較現(xiàn)有算法具有更優(yōu)的信道容量并可提高認知網(wǎng)絡頻帶利用率。
　　2.分布式干擾對齊與干擾抵消技術(shù)
　　提出一種基于傳輸延時的干擾對齊算法。該算法將雙天線基站的接收信號按照奇，偶時隙分離，從而將期望信號與干擾信號分離。一個雙天線的基站可以同時支持3個甚至4個用戶同

4、時接入無線網(wǎng)絡的上行鏈路。仿真了上行采用虛擬多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）系統(tǒng)的性能，即一個具有兩天線的基站同時支持多個具有單天線的用戶。進一步，提出了改進的傳輸時延干擾對齊算法及與之相適應的網(wǎng)絡覆蓋方案。該算法按照時間傳輸奇、偶順序?qū)碜圆煌l(fā)送端的信號分離。同時，依據(jù)高速鐵路信號傳輸?shù)奶攸c，提出了分布式空間線性干擾對齊算法應用于車內(nèi)接入系統(tǒng)。分析結(jié)果表明，基于干擾對齊的車內(nèi)接入

5、子系統(tǒng)信號傳輸理論值可以達到4個總的自由度。其系統(tǒng)誤碼率優(yōu)于未采用干擾對齊的系統(tǒng)，且下行誤碼率的性能略優(yōu)于上行。而基于傳輸時延的干擾對齊車地通信子系統(tǒng)可以同時支持兩套車載設(shè)備接入網(wǎng)絡且誤碼率性能優(yōu)于未采用干擾對齊的系統(tǒng)。
　　3.認知網(wǎng)絡中繼干擾對齊算法
　　機會干擾對齊應用于認知網(wǎng)絡可使主要用戶與認知用戶共用相同的頻帶同時傳輸信息，但機會干擾對齊需要主要用戶完成信道預編碼。提出中繼干擾對齊算法應用于認知網(wǎng)絡，可大大減少主要

6、用戶的系統(tǒng)負擔。其預編碼操作均由認知用戶完成，主要用戶無需感知認知用戶的存在性。除此之外，分析并仿真了中繼干擾對齊算法的信道容量。仿真結(jié)果表明，在認知網(wǎng)絡下行鏈路應用中繼干擾對齊算法，其主要用戶及認知用戶的信道容量無論在強相關(guān)性信道條件下還是弱相關(guān)性信道條件下，均優(yōu)于傳統(tǒng)的空間線性干擾對齊算法及機會空間正交干擾對齊算法。
　　4.頻譜拍賣與共享機制的研究
　　在認知網(wǎng)絡中，基于主要用戶未全部占用可用頻譜資源這一事實，可依靠認