認知中繼網絡性能優(yōu)化研究.pdf

1、隨著無線通信業(yè)務的快速增長，低效的固定頻譜分配方案已經無法滿足需求。采用動態(tài)的頻譜接入方案是解決頻譜資源匱乏但利用率低的現(xiàn)狀的有效方法之一，認知無線電技術被認為是解決頻譜資源利用率低的最佳技術，即指認知用戶在不影響主用戶通信的前提下，能夠和主用戶共享頻譜資源，從而有效地提高頻譜資源的利用率。
　　在認知無線電網絡中采用協(xié)作技術不僅可有效提高頻譜感知的準確性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，而且可降低認知網絡的能量損耗。本文針對認知無線電網絡中的

2、協(xié)作技術的性能優(yōu)化進行了深入研究，主要研究內容和成果包括：
　　(1)研究協(xié)作感知的性能優(yōu)化問題，針對認知單中繼網絡提出了基于最小化網絡中斷概率的頻譜感知和數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)合優(yōu)化方案。首先,分析協(xié)作感知的基本原理和性能；然后,將改進的中繼協(xié)作傳輸方案應用到認知無線電網絡中；最后，以最小化認知中繼網絡中斷概率為目標，對感知時間、融合準則門限等參數(shù)進行優(yōu)化，并給出認知單中繼網絡中斷概率的近似表達式。數(shù)學分析和仿真結果表明，存在最佳的感知時

3、間、最佳融合準則使認知中繼網絡的中斷性能最優(yōu)，且改進的認知中繼協(xié)作傳輸方案的中斷性能和容量均優(yōu)于傳統(tǒng)的認知中繼協(xié)作傳輸方案。協(xié)作頻譜感知可有效提高認知中繼網絡的中斷性能。
　　(2)研究多中繼協(xié)作傳輸網絡的中斷性能優(yōu)化問題，提出了三種優(yōu)化方案：中繼節(jié)點功率分配優(yōu)化方案、基于位置的中繼節(jié)點優(yōu)化選擇方案和基于橢圓的功率-位置聯(lián)合優(yōu)化方案。首先，在總的發(fā)射功率受限和已知信道參數(shù)的情況下，提出最優(yōu)功率分配(Optimal Power Al

4、location;OPA)方法，并給出信源和中繼的最優(yōu)功率分配的最優(yōu)解，仿真結果表明最優(yōu)功率分配方案的中斷性能優(yōu)于等功率分配方案。其次，在等功率分配(Equal Power Allocation;EPA)方案下，提出基于位置的中繼節(jié)點優(yōu)化選擇方法。理論分析和仿真結果都表明存在最佳的中繼位置使多中繼網絡的中斷性能最優(yōu)，且最佳中繼位置位于信源和目的端中間，距離該位置越遠，多中繼網絡的性能越差。最后，基于橢圓模型，聯(lián)合優(yōu)化設計中繼位置和功率分

5、配比兩個參數(shù)，從而使多中繼網絡的中斷概率最小。
　　(3)研究認知多中繼協(xié)作傳輸網絡的中斷性能優(yōu)化問題，提出頻譜感知和功率分配聯(lián)合優(yōu)化的方案。在認知信源和認知中繼總發(fā)射功率受限、認知節(jié)點發(fā)射功率最大值受限和平均干擾功率受限的約束條件下，針對認知多中繼網絡進行優(yōu)化設計和仿真驗證，分析最優(yōu)感知時間、最佳功率分配、最優(yōu)中繼位置、認知中繼個數(shù)和協(xié)作頻譜感知對認知多中繼網絡中斷性能的影響。
　　(4)研究認知單中繼網絡的吞吐量和能量效