認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的自由度研究.pdf

1、無線通信所使用的頻譜資源是一種非常有限的資源。而目前主要的固定頻譜分配方式快速地消耗頻譜資源。頻譜資源的稀缺已經(jīng)成為了限制無線通信技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的重要因素。然而,美國聯(lián)邦通信委員會的報告卻表明,大多數(shù)被授權(quán)的頻譜資源并沒有被充分地使用,頻譜的有效利用率很低。因此,為了緩解頻譜資源稀缺矛盾,認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。對于認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò),直接研究其容量域非常困難。因此,一些可以用來近似描述容量的特性的度量就被提出來了,其中就包括了自由度。

2、r>　　近來,干擾對齊技術(shù)以自由度為度量,突破了許多經(jīng)典的關(guān)于有線或者無線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量上限。在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中也出現(xiàn)了許多研究成果。
　　本文主要研究了協(xié)作認(rèn)知下無線電網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)自由度上界。協(xié)作通信被廣泛用于各種通信網(wǎng)絡(luò)來提高通信網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。因而本文在主用戶與次要用戶之間引入?yún)f(xié)作認(rèn)知,以突破現(xiàn)有的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)自由度上界。
　　本文把頻譜共享的概念進(jìn)行擴(kuò)展,提出了自由度共享的概念,并重點(diǎn)研究了由單個主用戶、單個或多個

3、次要用戶組成的SISO認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)。證明了該認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的一個自由度上界,并在協(xié)作認(rèn)知的情況下,設(shè)計(jì)了一個漸近干擾對齊方案達(dá)到了這個自由度上界,從而得到了該認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)自由度上界。該可達(dá)自由度表明:1.對于只有單個次要用戶情況,該次要用戶可以得到主用戶未使用的、剩余的全部自由度;2.對于多個次要用戶,當(dāng)主用戶實(shí)際使用的自由度不超過其可使用的最大自由度的一半時,每個次要用戶都可以漸近地得到最大自由度的一半。而當(dāng)主用戶實(shí)際使用的

4、自由度超過其可使用的最大自由度的一半時,每個次要用戶都可以漸近地得到主用戶未使用的、剩余的全部自由度。然而,在這個漸近干擾對齊方案中,主用戶不但沒有得到任何好處,甚至還要作額外的預(yù)編碼操作。因此,本文也給出了部分協(xié)助干擾對齊方案和全協(xié)助干擾對齊方案這兩個協(xié)助干擾對齊方案來激勵主用戶參與協(xié)作認(rèn)知。其中,部分協(xié)助認(rèn)知干擾對齊方案是針對主用戶實(shí)際使用的自由度超過其可使用的最大自由度的一半的情況來設(shè)計(jì)的,在這個方案中,次要用戶協(xié)助主用戶傳送部分

5、信息,并可以保證該情況下,自由度上限仍然可達(dá);全協(xié)助對齊方案則要求協(xié)助主用戶傳送全部信息,主用戶不需要發(fā)送信號甚至不需要發(fā)射機(jī),但作為代價,網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)自由度會稍稍低于自由度上界,不過,自由度的損失會隨著次要用戶的增加而減小。
　　本文也嘗試把SISO認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的自由度結(jié)論擴(kuò)展到MIMO認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中。證明了兩種情況下的可達(dá)自由度上界。一種是只有一個次要用戶的情況,此時該次要用戶可以獲得主用戶未使用的、剩余的全部自由度;另一種