認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的頻譜感知和功率控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信的快速發(fā)展，有限的頻譜資源變得越來(lái)越擁擠。然而，目前頻譜資源的缺乏在很大程度上是由于低效率的靜態(tài)頻譜分配方案引起的，而不是物理上頻譜本身的短缺。因此，與不斷開(kāi)放新的頻段滿(mǎn)足新增業(yè)務(wù)的需求相比，改變頻譜資源的分配方式是更具有前景的一種方法。為了處理頻譜資源緊缺和頻譜低利用率之間的矛盾，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)(CR)被認(rèn)為是解決目前無(wú)線授權(quán)頻譜低利用率的最佳方案。它可在不影響主用戶(hù)(PU)通信的前提下，讓認(rèn)知用戶(hù)或次級(jí)用戶(hù)（SU）與PU

2、共享頻譜資源，從而提高無(wú)線頻譜利用率。
　　 本文深入研究了認(rèn)知無(wú)線電的頻譜感知技術(shù)，探討了認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)的功率控制問(wèn)題。主要工作和貢獻(xiàn)如下：
　　 (1)提出一種基于感知結(jié)果可靠性的頻譜感知算法。只有當(dāng)認(rèn)知用戶(hù)本地感知結(jié)果可信時(shí)，才將其判決的二進(jìn)制結(jié)果（0或1）發(fā)送到數(shù)據(jù)融合中心；否則，該認(rèn)知用戶(hù)用一價(jià)循環(huán)平穩(wěn)特征算法重新檢測(cè)該頻段。認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中頻譜感知的作用是有能力以盡量快且準(zhǔn)確地確定某頻段是否有主用戶(hù)存在。為了達(dá)

3、到這個(gè)要求，提出了一種通過(guò)考慮感知結(jié)果可靠性的頻譜感知算法。同時(shí)，在理論上推導(dǎo)了循環(huán)平穩(wěn)特征撿測(cè)算法的感知性能，并用接收端特征曲線(ROC)來(lái)表征該算法的檢測(cè)性能。由于一階特征檢測(cè)是在時(shí)域完成的，因此提出的算法具有實(shí)時(shí)操作和低功耗等優(yōu)點(diǎn)。由于受無(wú)線信道陰影和衰落的影響，單個(gè)認(rèn)知用戶(hù)很難準(zhǔn)確地檢測(cè)到主用戶(hù)，因此，又將該算法擴(kuò)展到協(xié)作頻譜感知算法。
　　 (2)針對(duì)協(xié)作頻譜感知中衰落型報(bào)告信道（即SUs與融合中心間的鏈路）引入的誤碼

4、，提出兩種協(xié)作頻譜感知算法：基于SU選擇的協(xié)作頻譜感知算法和基于分布式MIMO的協(xié)作頻譜感知算法。由于協(xié)作頻譜感知能夠更準(zhǔn)確地確定主用戶(hù)的存在與否，因此，它被認(rèn)為是認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)中的一個(gè)重要研究分支。在集中式協(xié)作頻譜感知中，各認(rèn)知用戶(hù)需要通過(guò)報(bào)告信道發(fā)送其本地判決結(jié)果（0或1）到融合中心。目前，對(duì)協(xié)作頻譜感知的研究很多都是假設(shè)報(bào)告信道為理想信道（即無(wú)誤傳輸）。然而，在實(shí)際中，報(bào)告信道通常是受衰落的影響，這將降低頻譜感知的檢測(cè)性能。針對(duì)這

5、個(gè)問(wèn)題，首先，提出一種基于SU選擇的協(xié)作頻譜感知算法。該算法通過(guò)減小由衰落信道引進(jìn)的誤碼概率來(lái)提高協(xié)作頻譜感知的檢測(cè)性能。其次，又提出一種基于分布式MIMO的協(xié)作頻譜感知方法。通過(guò)在CR網(wǎng)絡(luò)中，利用空間分集增益來(lái)降低由衰落報(bào)告信道引入的誤碼概率，從而提高檢測(cè)性能。
　　 (3)構(gòu)建了一種認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)模型。該模型由源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)、認(rèn)知中繼節(jié)點(diǎn)及主用戶(hù)構(gòu)成。認(rèn)知中繼節(jié)點(diǎn)以與PU共存的方式為源節(jié)點(diǎn)輔助傳輸信息到目的節(jié)點(diǎn)，只要保證其對(duì)

6、PU通信造成的干擾在PU干擾門(mén)限值以下。首先，考慮單個(gè)認(rèn)知中繼節(jié)點(diǎn)的情形，當(dāng)采用解碼轉(zhuǎn)發(fā)DF(Decode-and-Forward)中繼模式時(shí)，分析了該模型在兩種功率限制條件和三種無(wú)線信道情況下使接收端中斷概率最小的功率控制策略；其次，考慮多個(gè)認(rèn)知中繼節(jié)點(diǎn)的情形，假設(shè)源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)和認(rèn)知中繼節(jié)點(diǎn)之間的瞬時(shí)信道邊信息(CSI)和認(rèn)知中繼節(jié)點(diǎn)到主用戶(hù)之間的均值信道增益已知的前提下，研究該模型中認(rèn)知中繼節(jié)點(diǎn)分別采用放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)和基于AF