視覺認(rèn)知無線電位置優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、認(rèn)知無線電通過動態(tài)頻譜共享，提高頻譜資源利用率，可解決當(dāng)前很多國家遇到的頻譜稀缺問題，是未來無線通信最有前途的技術(shù)之一。
　　然而，傳統(tǒng)認(rèn)知無線電獲取無線場景信息的能力有限。以頻譜“偵聽”為代表的認(rèn)知無線電“偵聽式”技術(shù)，被動監(jiān)聽無線電磁環(huán)境，感知頻譜占用信息。這種被動監(jiān)聽缺少全景多維信息。通過“聽”方式認(rèn)知的參數(shù)局限在信號射頻特征上，無法掌握用戶周圍的建筑樓群密度、用戶密集程度和用戶移動趨勢等無線通信環(huán)境。視覺認(rèn)知無線電可以解決

2、上述問題，得到更多環(huán)境信息，推動無線通信系統(tǒng)環(huán)境自適應(yīng)能力的全面提升。
　　視覺認(rèn)知研究基于視覺圖意的移動無線網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知理論及關(guān)鍵技術(shù)?！耙曈X圖意”認(rèn)知獲取無線信道環(huán)境的圖像，進(jìn)行場景分析、資源決策等認(rèn)知過程，解析出無線場景的通信資源信息，即圖的含意“圖意”，優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置，達(dá)到提升網(wǎng)絡(luò)整體性能的效果。
　　位置是視覺認(rèn)知的核心成分之一，本文圍繞次用戶感知天線位置優(yōu)化、次用戶基站位置優(yōu)化與位置輔助協(xié)同頻譜感知展開研究。<

3、br>　　首先，研究了認(rèn)知無線電次用戶感知天線的位置優(yōu)化問題：
　　(1)推導(dǎo)單天線下，復(fù)合瑞利-陰影信道的頻譜感知性能閉合表達(dá)式。分析路徑損耗和主用戶位置布局對感知性能的影響，以最小化感知錯(cuò)誤概率為準(zhǔn)則，求得次用戶感知天線的最優(yōu)位置。
　　(2)采用與次用戶單天線最優(yōu)位置相似的研究步驟，對次用戶多天線的最優(yōu)位置進(jìn)行了研究。
　　(3)通過理論分析發(fā)現(xiàn)，次用戶單天線的最優(yōu)位置位于小區(qū)中心；次用戶多天線的最優(yōu)位置關(guān)于小區(qū)

4、中心對稱分布，天線之間的距離由信道質(zhì)量和小區(qū)大小決定，可應(yīng)用凸優(yōu)化理論計(jì)算出最優(yōu)位置。理論和仿真結(jié)果表明，能量檢測門限T=26，能量檢測采樣間隔N=10，小區(qū)半徑R=100 m，噪聲方差?2=?100 dBm，路徑損耗指數(shù)?=4，陰影標(biāo)準(zhǔn)差?=6 dB，陰影系數(shù)?=0.12時(shí)，兩根天線之間的最優(yōu)距離為33.6 m。
　　其次，針對采用并發(fā)接入與主用戶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)頻譜共享的廣播次用戶網(wǎng)絡(luò)，研究次用戶基站的最優(yōu)位置問題：
　　(1)

5、考慮并發(fā)接入頻譜共享下主用戶的干擾約束以及次用戶的服務(wù)質(zhì)量約束，計(jì)算出次用戶網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。以次用戶網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍最大化為準(zhǔn)則，推導(dǎo)出次用戶基站的最優(yōu)位置。
　　(2)將上述研究擴(kuò)展到障礙存在于主用戶和次用戶基站之間的場景，推導(dǎo)了障礙存在場景下的次用戶基站最優(yōu)位置。
　　(3)通過理論分析發(fā)現(xiàn)，隨著主用戶與障礙之間的距離增加，次用戶基站最優(yōu)位置與主用戶之間的距離將不斷增加，直至收斂到障礙不存在情況下的最優(yōu)位置。理論與仿真結(jié)果表明

6、，無障礙存在場景下，主用戶和次用戶基站天線高度h0=20 m，主用戶網(wǎng)絡(luò)小區(qū)半徑r=10,000 m，主用戶最大發(fā)射功率Pp?30 dBm，次用戶基站最大發(fā)射功率Ps?10 dBm，主用戶干擾門限40thI?? dBm，次用戶信干比門限10th?? dB，求得最優(yōu)次用戶基站位置為8,200 m。在障礙距離主用戶為300 m時(shí)，最優(yōu)位置為600 m，當(dāng)障礙距離主用戶大于800 m后，最優(yōu)位置收斂到8,200 m。
　　最后，考慮到位

7、置優(yōu)化在一些情況下分析困難或無解，從另一個(gè)角度即位置輔助應(yīng)用進(jìn)行研究：
　　(1)提出了位置輔助的協(xié)作頻譜感知方法。本地采用能量檢測得到一個(gè)硬判決結(jié)果，并將判決結(jié)果傳遞到數(shù)據(jù)融合中心，數(shù)據(jù)融合中心利用位置信息對本地感知結(jié)果加權(quán)合并，得到全局判決結(jié)果。
　　(2)對給出方法進(jìn)行性能分析。根據(jù)本地頻譜感知可靠性和判決結(jié)果傳輸可靠性，推導(dǎo)了位置輔助頻譜感知的全局性能，即全局檢測概率和全局虛警概率的精確計(jì)算閉合表達(dá)式；由于全局性能精

8、確計(jì)算復(fù)雜，提出高斯近似方法計(jì)算全局性能；以全局感知錯(cuò)誤概率最小化為準(zhǔn)則，推導(dǎo)出本地檢測最優(yōu)門限值。理論和仿真結(jié)果表明當(dāng)平均本地信噪比分別為12 dB、8 dB、4 dB時(shí)，位置輔助協(xié)作頻譜感知方法的全局錯(cuò)誤概率為0.103，而傳統(tǒng)方法的全局錯(cuò)誤概率為0.447。
　　(3)位置信息估計(jì)不可避免的會存在誤差，從而對提出方法進(jìn)行了誤差分析，給出了誤差衡量準(zhǔn)則。
　　論文工作為視覺認(rèn)知無線電技術(shù)的深入研究提供了理論和方法支撐，具