認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作傳輸技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信應(yīng)用的日益發(fā)展，各種新型網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)和接入方式的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)今的無線頻譜資源已經(jīng)越來越緊缺。因此，如何進(jìn)一步提高頻譜利用率，以滿足爆炸式增長的無線業(yè)務(wù)需求，從而進(jìn)一步提高無線系統(tǒng)的通信服務(wù)質(zhì)量已成為下一代無線網(wǎng)絡(luò)亟待解決的關(guān)鍵問題之一。認(rèn)知無線電CR(Cognitive Radio)作為一種革命性的智能頻譜共享技術(shù)，可在不影響主用戶(Primary User，PU)通信的前提下，智能地利用大量空閑頻譜以滿足認(rèn)知用戶(Cogni

2、tive User，CU)的可靠通信，從而實(shí)現(xiàn)頻譜資源共享，有效地提高了無線頻譜的利用率，已成為現(xiàn)代無線通信領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。
　　本課題以無線頻譜資源的使用現(xiàn)狀為背景，深入研究認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作傳輸技術(shù)，通過認(rèn)知用戶之間的彼此協(xié)作以獲得分集增益，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜資源的公平高效利用與共享，提高無線頻譜利用率，并構(gòu)建集頻譜感知，協(xié)作傳輸和頻譜分配于一體的認(rèn)知無線電通信系統(tǒng)，在不干擾主用戶通信的條件下，有效的改善了認(rèn)知用戶的通信性能，主

3、要工作和創(chuàng)新如下:
　　(1)針對(duì)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)作傳輸模型，提出了一種基于放大轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)會(huì)協(xié)作傳輸方案。
　　協(xié)作分集在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用大多局限于頻譜感知方面，并未將協(xié)作分集引入到認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的多用戶通信中;然而，當(dāng)主用戶QoS要求很高時(shí)，往往認(rèn)知用戶的數(shù)據(jù)吞吐能力將明顯下降，以致無法滿足很多無線業(yè)務(wù)的通信要求，此時(shí)十分有必要通過認(rèn)知用戶間或主用戶和認(rèn)知用戶間的相互協(xié)作提高通信性能。由此，提出了一種認(rèn)知用戶基于協(xié)作分集的協(xié)作

4、傳輸方案，以在保證主用戶的QoS的條件下，大大提高了認(rèn)知用戶的系統(tǒng)性能。在Rayleigh衰落環(huán)境下對(duì)所提出的協(xié)作方案的中斷概率和平均誤比特率進(jìn)行了理論分析，給出了非協(xié)作傳輸和機(jī)會(huì)協(xié)作傳輸下的中斷概率和平均誤比特率的解析表達(dá)式。通過仿真實(shí)驗(yàn)表明，所提方案在保證了主用戶可靠傳輸?shù)耐瑫r(shí)，大大提高了認(rèn)知用戶的系統(tǒng)性能。這也說明了認(rèn)知用戶間的協(xié)作分集為認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)帶來了可觀的通信性能增益。
　　(2)針對(duì)多認(rèn)知用戶協(xié)作傳輸模型，提出了一種

5、基于最佳中繼選擇的協(xié)作傳輸方案。
　　在兩認(rèn)知用戶協(xié)作傳輸方案的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步提出了基于最佳中繼選擇的多用戶協(xié)作傳輸方案，以此獲得多用戶分集增益，提高認(rèn)知無線電系統(tǒng)的傳輸性能。該方案在綜合考慮了主用戶的實(shí)時(shí)狀態(tài)和傳輸鏈路質(zhì)量，在認(rèn)知用戶不需要或無法使用直傳方式傳輸數(shù)據(jù)的情形下，通過分布式中繼選擇策略，在認(rèn)知用戶節(jié)點(diǎn)的N個(gè)候選中繼中，選擇出一個(gè)接收信噪比最大的中繼作為最佳中繼，通過放大轉(zhuǎn)發(fā)的方式為認(rèn)知用戶網(wǎng)絡(luò)提供更為可靠的通信服務(wù)

6、，大大的提高了認(rèn)知用戶的無沖突傳輸時(shí)間、數(shù)據(jù)吞吐量和系統(tǒng)的魯棒性。在瑞利衰落環(huán)境下，對(duì)所提方案和協(xié)作傳輸方案進(jìn)行了理論分析，得出了認(rèn)知系統(tǒng)無沖突傳輸時(shí)間的解析表達(dá)式。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，協(xié)作傳輸方案的無沖突傳輸時(shí)間明顯大于非協(xié)作傳輸方案，在多個(gè)認(rèn)知中繼共存的條件下，基于最佳中繼選擇方案相對(duì)單個(gè)中繼轉(zhuǎn)發(fā)方案所獲得的時(shí)間增益更加明顯，這也說明了認(rèn)知用戶間的協(xié)作為認(rèn)知用戶帶來可觀的性能增益，并隨著協(xié)作節(jié)點(diǎn)數(shù)的增大性能得到相應(yīng)提高。
　　

7、(3)針對(duì)集頻譜感知，協(xié)作傳輸于一體的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，提出了一種基于主用戶干擾功率受限的協(xié)作傳輸方案。
　　在對(duì)認(rèn)知用戶協(xié)作傳輸方案的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步提出了聯(lián)合考慮頻譜感知精度、主用戶干擾功率受限和最佳認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)傳輸性能的用戶協(xié)作傳輸方案，以在保證主用戶有效傳輸?shù)耐瑫r(shí)，最大化的改善認(rèn)知用戶網(wǎng)絡(luò)的的傳輸性能。本文提出了一種新的基于解碼轉(zhuǎn)發(fā)的協(xié)作傳輸方案，該方案在綜合考慮了主用戶的實(shí)時(shí)狀態(tài)和干擾以及認(rèn)知用戶的傳輸性能的條件下，