OFDM傳輸體制下的認知無線電技術研究.pdf

1、認知無線電具備靈活使用頻譜的能力，極大提升無線頻譜的使用效率，因而成為近十年來無線通信領域的一個研究熱點。OFDM技術由于能夠適應機會頻譜接入的頻譜成形要求，因而成為認知無線電的主要候選技術之一。本文以基于OFDM的認知無線電技術在機會頻譜接入中的應用為研究對象，著重研究了OFDM信號功率譜旁瓣的抑制、基于OFDMA的合作頻譜感知結果的報告融合、基于OFDM的頻譜感知周期調(diào)度這三個問題。
　　 第一，OFDM信號功率譜旁瓣的抑制

2、。OFDM信號的功率譜帶外輻射比較大，數(shù)據(jù)子頻帶內(nèi)的功率溢出到相鄰的授權用戶正在使用的子頻帶內(nèi)就會對授權用戶形成干擾。論文分析了基于離散傅里葉變換實現(xiàn)的OFDM發(fā)射信號的功率譜，將功率譜分為數(shù)字部分和模擬部分，并區(qū)分了帶外輻射和工作頻帶內(nèi)子頻帶外輻射兩種功率泄漏。在可用的連續(xù)子載波數(shù)量比較少的情況下，提出了相鄰子載波相關加權的方法抵消頻譜的旁瓣，得到了最優(yōu)的加權系數(shù)。該方法可以顯著降低帶內(nèi)子帶外功率輻射，并可以提高載波干擾功率比。在可用

3、連續(xù)子載波數(shù)目較多的情況下，提出了一種預編碼方案，并將最小化工作頻帶內(nèi)子頻帶外輻射問題建模為一個預編碼矩陣的優(yōu)化問題，得到的預編碼矩陣不僅可以改善功率譜的帶外特征，還可以充分利用系統(tǒng)的頻率分集。
　　 第二，基于OFDMA的合作頻譜感知結果的報告融合。合作頻譜感知會獲得比單個認知無線電感知更好的感知性能，但參與合作感知的各用戶之間如何交換感知結果是一個經(jīng)常被忽略的環(huán)節(jié)。特別是當感知用戶報告感知結果的信道是多徑衰落信道時，將對最終

4、的判決結果產(chǎn)生很大的影響。論文提出了一種感知用戶利用OFDMA方式報告感知結果的方案，該方案直接在認知無線電的物理層實現(xiàn)，利用了OFDM收發(fā)信機的特點，實現(xiàn)了認知無線電的感知、感知報告、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ艿囊惑w化設計。對于融合判決中心的OFDM接收機接收的報告信號，利用特征函數(shù)的方法分析了經(jīng)過多徑衰落信道的OFDM信號解調(diào)后的統(tǒng)計特性，并且針對不同的報告信道狀態(tài)信息給出了四種融合判決方法，分別是無報告信道信息的報告結果硬合并判決，無報告信道

5、信息的報告結果軟融合判決，有報告信道統(tǒng)計信息的似然比融合，有報告信道完美信道狀態(tài)信息的似然比融合。仿真表明，報告信道的信道狀態(tài)信息的多少決定著感知結果報告融合方案的性能。
　　 第三，基于OFDM的認知無線電頻譜感知周期調(diào)度。為了保證頻譜感知的準確性，一定空間區(qū)域內(nèi)的認知無線電必須周期性的靜默進行頻譜感知。一方面，OFDM系統(tǒng)的FFT模塊可以直接用于能量感知，感知時長和感知性能有非線性關系，在感知周期一定的條件下，感知時長影響頻

6、譜機會的利用和對授權用戶的干擾程度。另一方面，進入靜默期就必須停止正在進行的通信，在感知時長一定的條件下，感知周期的長短決定著認知無線電用戶的頻譜機會利用效率和對授權用戶的干擾程度。同時，當次用戶工作頻帶內(nèi)有多個授權用戶子頻帶時，各子頻帶上的業(yè)務量統(tǒng)計特征不同，而基于OFDM的認知無線電要一次感知所有子頻帶，感知周期的調(diào)度需要考慮所有子頻帶上的業(yè)務情況。本文將每個子頻帶上的授權用戶業(yè)務狀態(tài)建模為交替更新過程，分析了在頻譜感知有錯誤的條件

7、下可用頻譜機會時長和對授權用戶干擾時長的概率密度函數(shù)，給出了感知時長與感知性能的關系以及感知周期與認知無線電用戶頻譜機會利用效率之間的關系。論文將最優(yōu)感知周期的選擇建模為一個有約束的非線性規(guī)劃問題，即在滿足對授權用戶干擾限制的條件下，使認知無線電用戶頻譜機會利用效率最大化。仿真表明，授權用戶檢測概率越高，要求的感知時間越長，通過優(yōu)化得到的最優(yōu)的感知周期越長；在選擇最優(yōu)的感知周期后，認知無線電用戶的頻譜機會利用效率越高，對授權用戶的干擾越