認(rèn)知無線電有效信道容量的研究.pdf

1、在信息傳輸日益頻繁的時(shí)代，頻譜資源作為數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)谋Ｕ?，變得越來越緊張。當(dāng)前無線通信采用靜態(tài)頻譜分配的方案，大多數(shù)頻段已被授權(quán)用戶獨(dú)享，一些新興的無線傳輸技術(shù)只能使用資源較少的非授權(quán)頻段；另一方面，授權(quán)頻段無法被全天候地充分利用，存在許多頻譜空穴。認(rèn)知無線電技術(shù)可以在不干擾授權(quán)用戶的同時(shí)，對(duì)這些頻譜空穴進(jìn)行檢測(cè)和利用，從而提高頻譜利用效率，近年來得到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和研究。由于技術(shù)和政策的限制，認(rèn)知用戶無法將頻譜空穴完全利用，因此把認(rèn)

2、知系統(tǒng)在可利用的頻譜空穴上獲得的傳輸容量稱作認(rèn)知有效容量，作為衡量認(rèn)知無線電系統(tǒng)性能的參數(shù)。
　　首先從認(rèn)知循環(huán)過程中發(fā)現(xiàn)，有效容量受到頻譜感知和頻譜分配的影響。由于頻譜感知誤差的存在，會(huì)有漏檢和虛警的情況出現(xiàn)，漏檢情況導(dǎo)致主次用戶發(fā)生沖突，虛警使得認(rèn)知用戶錯(cuò)過可用的頻譜機(jī)會(huì)；檢測(cè)到頻譜空穴之后，頻譜管理和分配方案也會(huì)使得頻譜利用效率不盡相同。本文從這兩個(gè)環(huán)節(jié)入手研究了認(rèn)知系統(tǒng)的有效容量。
　　然后本文建立單信道認(rèn)知無線電模

3、型，系統(tǒng)采用“感知-傳輸”認(rèn)知幀結(jié)構(gòu)。通過能量檢測(cè)方法，分析了感知時(shí)間和檢測(cè)帶寬等參數(shù)與頻譜感知精度的關(guān)系；并對(duì)有效容量與感知時(shí)間之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，仿真得出最佳感知時(shí)間的取值，這不僅可以作為幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考，而且可以獲得系統(tǒng)的最優(yōu)平均認(rèn)知有效容量。
　　在單信道模型的基礎(chǔ)上建立多信道認(rèn)知無線電模型，改進(jìn)了認(rèn)知幀的結(jié)構(gòu)，加入信道切換時(shí)間模塊。將信道按照狀態(tài)分為空閑、授權(quán)用戶占用、認(rèn)知用戶占用三種，信道各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移是馬爾科夫過

4、程。給定授權(quán)用戶的業(yè)務(wù)特征之后，得出系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的概率；當(dāng)授權(quán)用戶以泊松過程到達(dá)系統(tǒng)時(shí)，認(rèn)知用戶在當(dāng)前信道沒有檢測(cè)到授權(quán)用戶便可以繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，否則需要進(jìn)行信道切換。成功切換到空閑信道的概率和未找到合適信道而被中斷通信的概率表征了信道切換的性能；在繼續(xù)傳輸、切換和中斷三種情況下，認(rèn)知用戶所獲得的有效容量不同，結(jié)合其切換概率分析得到在一個(gè)周期內(nèi)認(rèn)知用戶的平均有效容量。最后探討了如何使系統(tǒng)獲得最優(yōu)有效容量，通過分析有效容量和感知時(shí)間的