認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的容量分析及QoS性能研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，可利用的頻譜資源正變得越來(lái)越匱乏，然而另一方面，在現(xiàn)有的固定頻譜分配制度下，已分配的授權(quán)用戶頻段內(nèi)卻存在著大量的空閑頻譜。認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為解決這一頻譜利用率低下問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)成為了近十年來(lái)無(wú)線通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　本文以信息論、排隊(duì)論和滲透理論為主要工具著重研究了認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的容量和服務(wù)等級(jí)（Quality-of-Service，QoS）性能。其中容量部分包括考慮授權(quán)用戶信號(hào)變化影響的小型認(rèn)知無(wú)

2、線網(wǎng)絡(luò)的容量分析、基于時(shí)延QoS限制的有效容量分析和大型ad hoc交織式（interweave）認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的容量尺度規(guī)律分析；而QoS性能部分則研究了集中式認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的主要性能參數(shù)。全文的主要內(nèi)容和貢獻(xiàn)如下：
　　第一章介紹了論文的工作背景，綜述了認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與現(xiàn)狀，并詳細(xì)介紹了認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)容量領(lǐng)域的研究進(jìn)展，列出了本文的工作意義和內(nèi)容。
　　第二章研究了單認(rèn)知用戶和單授權(quán)用戶共存的小型認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的容量問(wèn)題。和

3、現(xiàn)有的研究假設(shè)認(rèn)知用戶兩次感知間歇期間授權(quán)用戶的活躍性不發(fā)生變化不同，本文考慮了授權(quán)用戶在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)起或結(jié)束通信對(duì)系統(tǒng)容量造成的影響，并建立了相應(yīng)的分析模型。通過(guò)推導(dǎo)，揭示了認(rèn)知用戶的容量、感知周期、授權(quán)用戶活躍程度之間的關(guān)系，其結(jié)果可以作為認(rèn)知用戶幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。此外第二章還從排隊(duì)論的角度分析了突發(fā)通信和泊松流兩種業(yè)務(wù)下系統(tǒng)的分組傳輸時(shí)延，其結(jié)果可作為不同業(yè)務(wù)認(rèn)知用戶選擇接入信道的參考。在現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中，用戶的通信都是在確

4、保一定QoS的條件下進(jìn)行的。為此，第二章還研究了認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在時(shí)延受限條件下的容量，即用戶的有效容量。與現(xiàn)有文獻(xiàn)主要針對(duì)認(rèn)知用戶收發(fā)端均具有完美信道邊信息不同，本文將考慮認(rèn)知用戶只在發(fā)送端進(jìn)行信道感知的情形。通過(guò)數(shù)學(xué)分析，得到了有效容量與時(shí)延限制以及感知時(shí)間之間的關(guān)系，并提供了一種QoS限制下分析用戶性能的方法。
　　大型ad hoc認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的容量也是近期的研究熱點(diǎn)之一，目前對(duì)此類問(wèn)題的研究集中在采用下墊式（under lay

5、）認(rèn)知模式的網(wǎng)絡(luò)中，而對(duì)采用交織式認(rèn)知模式的網(wǎng)絡(luò)容量的研究則集中在單認(rèn)知用戶和單授權(quán)用戶的小型網(wǎng)絡(luò)中。為此，第三章推導(dǎo)了ad hoc交織式認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的容量，從而把現(xiàn)有對(duì)交織式網(wǎng)絡(luò)容量的研究從小型認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到了大型的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)構(gòu)建輔助網(wǎng)絡(luò)我們得到了授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶的容量上界；為了計(jì)算容量下界我們利用滲透理論設(shè)計(jì)了一個(gè)協(xié)同傳輸機(jī)制，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)利用設(shè)計(jì)的機(jī)制，授權(quán)和認(rèn)知用戶的容量下界和上界一致，從而得到了用戶的容量尺度規(guī)律

6、。研究結(jié)果表明授權(quán)用戶可以通過(guò)與認(rèn)知用戶的協(xié)同獲得比單獨(dú)使用頻譜更大的容量。這將可能會(huì)成為授權(quán)用戶與認(rèn)知用戶分享頻譜資源的重要?jiǎng)恿χ弧?br>　　第四章給出了研究集中式認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要QoS性能參數(shù)的分析模型。和現(xiàn)有的研究相比，該模型考慮了認(rèn)知用戶的感知差錯(cuò)以及多信道接入和切換過(guò)程對(duì)系統(tǒng)性能的影響，因而更貼近實(shí)際。利用該模型我們推導(dǎo)了集中式認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一些重要QoS參數(shù)指標(biāo)，例如：授權(quán)和認(rèn)知業(yè)務(wù)的阻塞率、中斷率以及認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的頻譜