認知無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜接入與切換技術(shù)的研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展和無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的不斷增長，無線通信對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高，對無線頻譜資源的需求也不斷增長，從而使得無線頻譜資源日益緊張。另一方面，按照傳統(tǒng)的固定頻譜管理規(guī)則分配的無線頻譜資源在時間和空間上存在不同程度的閑置。認知無線電技術(shù)通過允許未授權(quán)的次用戶動態(tài)使用空閑的授權(quán)頻譜資源，可以有效解決無線頻譜資源緊缺問題，提高已分配頻譜資源的利用率，是一種有效而且實用的技術(shù)。
　　在認知無線網(wǎng)絡(luò)中，次用戶通過頻譜

2、感知來檢測未被主用戶占用的空閑頻譜，選擇滿足其服務(wù)質(zhì)量(Quality of service，QoS)的空閑頻譜進行接入，并能夠在主用戶再次出現(xiàn)時進行頻譜切換以保障主用戶的QoS。次用戶的頻譜接入與切換包含頻譜感知、頻譜分析與決策兩個基本過程，其關(guān)鍵問題是如何快速有效地找到空閑頻譜進行頻譜接入或切換、如何避免對主用戶的有害干擾、如何獲得最佳的系統(tǒng)性能。因此，設(shè)計有效的頻譜接入與切換策略是認知無線網(wǎng)絡(luò)中的一個關(guān)鍵研究內(nèi)容。
　　本論

3、文針對認知無線網(wǎng)絡(luò)中的頻譜接入與切換技術(shù)展開深入的研究和探索，主要的研究內(nèi)容如下:
　　首先，本文研究了頻譜接入與切換的性能分析模型，利用馬爾科夫鏈對認知無線網(wǎng)絡(luò)中的主次用戶進行建模分析以評估不同的頻譜接入與切換策略對系統(tǒng)性能的影響，并在理想感知和非理想感知情況下分別分析了采用即時頻譜切換策略、緩沖隊列頻譜切換策略和信道預(yù)留頻譜切換策略時的連續(xù)時間馬爾科夫鏈模型。本文通過離散事件系統(tǒng)仿真驗證了理論模型的可行性和準確性，給出了次用戶

4、網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)中的阻塞概率、強制中斷概率和吞吐量性能的分析，同時也分析了系統(tǒng)的信道利用率以及在非理想感知時主次用戶間的碰撞概率。本文通過仿真驗證了次用戶非理想頻譜感知對主用戶性能的影響以及不同頻譜切換策略對次用戶性能的影響。
　　接著，本文研究了基于合作感知的頻譜接入與切換策略。針對合作感知的硬融合策略中的K秩融合策略提出了最佳k值的求解算法，即通過聯(lián)合優(yōu)化次用戶的檢測門限和k值以最小化總的合作感知錯誤概率，分別分析了合作感知的次用戶

5、組(Secondary user group，SUG)內(nèi)的不同次用戶接收到的主用戶信號的信噪比相同和不相同時的最佳k值的求解算法，并進一步分析了基于合作感知的頻譜接入與切換策略的開銷問題與優(yōu)化方案。
　　然后，本文研究了基于信道感知序列的頻譜接入與切換策略，即針對基于窄帶感知的認知無線網(wǎng)絡(luò)分析了次用戶信道感知序列的設(shè)計與優(yōu)化問題。首先，本文提出了針對次用戶實時業(yè)務(wù)的推薦信道感知序列(Recommended channel sens

6、-ing sequence，RCSS)，在考慮次用戶感知精度和鏈路維持概率約束條件下以最小化次用戶的頻譜切換時延為目標優(yōu)化次用戶的信道感知順序和感知數(shù)目(即信道感知序列長度)，仿真結(jié)果進一步驗證了當次用戶在不同信道接收到的主用戶信號的信噪比不同時采用推薦信道感知序列的次用戶具有更好的時延性能。其次，本文提出了在瑞利衰落信道下考慮了自適應(yīng)調(diào)制的信道感知序列的設(shè)計與優(yōu)化方案，分別分析了最大能效信道感知序列、最大吞吐量信道感知序列和最小能量開

7、銷信道感知序列的設(shè)計與優(yōu)化，并能夠采用動態(tài)規(guī)劃算法來求解相應(yīng)的信道感知序列，仿真結(jié)果驗證了以能量效率為目標函數(shù)設(shè)計的信道感知序列能夠有效權(quán)衡次用戶的開銷和可獲得的吞吐量兩者之間的關(guān)系。另外，本文提出了結(jié)合頻譜覆蓋式和頻譜襯墊式兩種頻譜接入方式的混合接入策略來提高次用戶的性能，即當次用戶按照信道感知序列感知到一個可用信道時，次用戶采用覆蓋式頻譜接入；若沒有在信道感知序列中檢測到一個可用信道，則次用戶采用襯墊式頻譜接入。
　　最后，本

8、文研究了基于能量收集的頻譜接入與切換方案，即提出采用能量收集技術(shù)來解決認知無線網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗問題。針對考慮了能量半雙工約束和能量因果約束的能量收集認知無線網(wǎng)絡(luò)(Energy harvesting cognitive radio network，EHCRN)，提出有效利用次用戶電池剩余能量的SST(Saving-sensing-transmitting)優(yōu)化方案。我們根據(jù)次用戶能量收集率的取值定義了次用戶的正常模式、感知模式和睡眠模式。