認知無線網絡中協作傳輸技術研究.pdf

1、隨著無線通信應用的日益發(fā)展，各種新型網絡、業(yè)務和接入方式的不斷涌現，現今的無線頻譜資源已經越來越緊缺。因此，如何進一步提高頻譜利用率，以滿足爆炸式增長的無線業(yè)務需求，從而進一步提高無線系統(tǒng)的通信服務質量已成為下一代無線網絡亟待解決的關鍵問題之一。認知無線電CR(Cognitive Radio)作為一種革命性的智能頻譜共享技術，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知用戶(Cogni

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

3、要工作和創(chuàng)新如下:
　　(1)針對認知無線網絡協作傳輸模型，提出了一種基于放大轉發(fā)的機會協作傳輸方案。
　　協作分集在認知無線網絡中應用大多局限于頻譜感知方面，并未將協作分集引入到認知無線網絡的多用戶通信中;然而，當主用戶QoS要求很高時，往往認知用戶的數據吞吐能力將明顯下降，以致無法滿足很多無線業(yè)務的通信要求，此時十分有必要通過認知用戶間或主用戶和認知用戶間的相互協作提高通信性能。由此，提出了一種認知用戶基于協作分集的協作

4、傳輸方案，以在保證主用戶的QoS的條件下，大大提高了認知用戶的系統(tǒng)性能。在Rayleigh衰落環(huán)境下對所提出的協作方案的中斷概率和平均誤比特率進行了理論分析，給出了非協作傳輸和機會協作傳輸下的中斷概率和平均誤比特率的解析表達式。通過仿真實驗表明，所提方案在保證了主用戶可靠傳輸的同時，大大提高了認知用戶的系統(tǒng)性能。這也說明了認知用戶間的協作分集為認知無線網絡帶來了可觀的通信性能增益。
　　(2)針對多認知用戶協作傳輸模型，提出了一種

5、基于最佳中繼選擇的協作傳輸方案。
　　在兩認知用戶協作傳輸方案的基礎之上，進一步提出了基于最佳中繼選擇的多用戶協作傳輸方案，以此獲得多用戶分集增益，提高認知無線電系統(tǒng)的傳輸性能。該方案在綜合考慮了主用戶的實時狀態(tài)和傳輸鏈路質量，在認知用戶不需要或無法使用直傳方式傳輸數據的情形下，通過分布式中繼選擇策略，在認知用戶節(jié)點的N個候選中繼中，選擇出一個接收信噪比最大的中繼作為最佳中繼，通過放大轉發(fā)的方式為認知用戶網絡提供更為可靠的通信服務

6、，大大的提高了認知用戶的無沖突傳輸時間、數據吞吐量和系統(tǒng)的魯棒性。在瑞利衰落環(huán)境下，對所提方案和協作傳輸方案進行了理論分析，得出了認知系統(tǒng)無沖突傳輸時間的解析表達式。仿真和實驗結果表明，協作傳輸方案的無沖突傳輸時間明顯大于非協作傳輸方案，在多個認知中繼共存的條件下，基于最佳中繼選擇方案相對單個中繼轉發(fā)方案所獲得的時間增益更加明顯，這也說明了認知用戶間的協作為認知用戶帶來可觀的性能增益，并隨著協作節(jié)點數的增大性能得到相應提高。
　　

7、(3)針對集頻譜感知，協作傳輸于一體的認知無線網絡通信系統(tǒng)，提出了一種基于主用戶干擾功率受限的協作傳輸方案。
　　在對認知用戶協作傳輸方案的基礎之上，進一步提出了聯合考慮頻譜感知精度、主用戶干擾功率受限和最佳認知用戶數據傳輸性能的用戶協作傳輸方案，以在保證主用戶有效傳輸的同時，最大化的改善認知用戶網絡的的傳輸性能。本文提出了一種新的基于解碼轉發(fā)的協作傳輸方案，該方案在綜合考慮了主用戶的實時狀態(tài)和干擾以及認知用戶的傳輸性能的條件下，