認知無線電頻譜感知及資源分配技術研究.pdf

1、隨著無線通信需求的高速增長，頻譜資源的稀缺與實際頻譜固定分配機制造成的頻譜總體利用率偏低之間的矛盾是制約未來移動通信快速發(fā)展的瓶頸。認知無線電（Cognitive Radio, CR）技術能主動感知無線通信環(huán)境，動態(tài)地接入未被授權用戶（Primary User, PU）使用的空閑頻段，為解決上述矛盾開辟了一條嶄新的途徑。然而，頻譜資源的動態(tài)性和復雜性為CR系統(tǒng)的設計實現(xiàn)帶來了挑戰(zhàn)。
　　本文圍繞CR動態(tài)頻譜共享系統(tǒng)展開了研究，涵蓋

2、了頻譜感知、頻譜分配和功率控制等三個方面,主要創(chuàng)新性成果如下：
　　(1)針對基于 OFDM的認知無線電寬帶頻譜感知問題進行了研究，提出了一種聯(lián)合頻譜感知方法。該方法利用了基于循環(huán)前綴相關檢測的快速性和基于MUSIC算法對頻譜空洞定位有效性的優(yōu)點，在有效降低頻譜感知時間的同時,保證了算法的檢測性能。通過仿真驗證，與傳統(tǒng)基于功率譜的能量檢測法和一階導數(shù)法相比，聯(lián)合頻譜感知能夠有效地降低感知開銷，提高認知用戶對空閑頻譜的利用率。尤其是

3、在多徑衰落信道下，該方法的優(yōu)勢更為突出。
　　(2)研究了認知無線電MAC層頻譜檢測周期優(yōu)化問題。針對認知無線電系統(tǒng)中頻譜檢測的頻率直接影響系統(tǒng)容量以及與授權用戶產(chǎn)生沖突的概率問題，分析了授權用戶頻譜使用的特性,對授權用戶行為進行統(tǒng)計建模,提出一種自適應頻譜檢測算法。該算法通過引入“控制因子”，在保證不對授權用戶產(chǎn)生干擾和CR系統(tǒng)穩(wěn)定性的約束下，自適應地調整頻譜感知頻率，與周期檢測算法相比有效地提高了頻譜利用率并減小了系統(tǒng)沖突概率

4、和頻譜檢測開銷，同時理論和仿真證明該算法具有良好的實用性和靈活性。
　　(3)針對基于非連續(xù)正交頻分復用（Non-Contiguous OFDM, NC-OFDM）的認知系統(tǒng)動態(tài)頻譜分配策略問題進行了研究，提出了一種多用戶子信道、功率、比特聯(lián)合分配的方法。在確保不對授權用戶產(chǎn)生干擾的前提下，該算法引入“比例公平”的原則，并充分考慮受限子信道上的功率分配，以保證其獲得最優(yōu)發(fā)射功率，從而提高了系統(tǒng)容量和頻譜效率。仿真結果表明：與最大化

5、系統(tǒng)容量算法相比，該算法保障了每個認知用戶都能滿足一定的通信要求；同時，與直接設定功率受限子信道上的功率為其干擾門限值的算法相比，該算法提高了系統(tǒng)容量。算法實現(xiàn)過程中，先分配子信道后分配功率的方法，更利于工程的實現(xiàn)。
　　(4)針對分布式CR系統(tǒng)中認知用戶的功率控制問題進行了研究，采用博弈論的方法實現(xiàn)對認知用戶的功率控制，提出了基于信干噪比效用函數(shù)的非合作博弈功率控制算法(NPGP_SINR)和基于歸一化效用函數(shù)的非合作博弈功率控