認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作中繼技術(shù)研究.pdf

1、認(rèn)知無(wú)線電可望解決無(wú)線通信快速發(fā)展與可用頻譜資源日益緊缺的矛盾，因而備受關(guān)注，已成為當(dāng)前無(wú)線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)包括授權(quán)用戶（稱為主用戶）和未授權(quán)用戶（稱為次用戶或認(rèn)知用戶）。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)允許未授權(quán)的次用戶使用空閑的授權(quán)頻段（即分配給授權(quán)主用戶的頻段），從而使得主次用戶能夠動(dòng)態(tài)共享無(wú)線頻譜資源。認(rèn)知無(wú)線電需要解決兩個(gè)基本問(wèn)題：一是頻譜感知，即研究精確的頻譜感知算法，以從授權(quán)頻段中可靠地檢測(cè)出盡可能多的可用頻譜空洞；二是認(rèn)

2、知用戶通信，即設(shè)計(jì)高效的認(rèn)知用戶通信機(jī)制，以充分利用已檢測(cè)到的頻譜空洞進(jìn)行通信。本論文針對(duì)上述兩個(gè)基本問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決方案，并將二者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，深入研究了認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中的協(xié)作中繼技術(shù)。
　　本論文的主要工作和創(chuàng)新成果如下：
　　首先，研究基于協(xié)作中繼的頻譜感知技術(shù)，提出了一種新的基于選擇式中繼的協(xié)作頻譜感知方案，在保證主用戶服務(wù)質(zhì)量不受影響的前提條件下，所提方案無(wú)需專用的無(wú)線電頻譜資源用于上報(bào)初始頻譜感知結(jié)果至融合

3、中心，有助于協(xié)作頻譜感知技術(shù)從理論走向?qū)嵱?。通過(guò)聯(lián)合考慮協(xié)作頻譜感知過(guò)程中的主用戶信號(hào)檢測(cè)與初始感知結(jié)果報(bào)告兩個(gè)階段，深入研究了基于選擇式中繼的協(xié)作頻譜感知方案的檢測(cè)性能，從理論上證明了在給定目標(biāo)檢測(cè)概率的約束條件下，存在唯一的最優(yōu)主用戶信號(hào)檢測(cè)開銷以最小化虛警概率。
　　其次，研究認(rèn)知用戶通信中的協(xié)作中繼技術(shù)，提出了一種基于最佳協(xié)作中繼選擇的認(rèn)知用戶通信方案，理論分析了瑞利衰落環(huán)境下傳統(tǒng)非協(xié)作認(rèn)知通信和基于最佳中繼的認(rèn)知協(xié)作通信

4、方案的中斷概率。研究發(fā)現(xiàn)在給定目標(biāo)主用戶中斷概率的前提下，認(rèn)知用戶通信的中斷概率在高信噪比區(qū)域出現(xiàn)了“平臺(tái)效應(yīng)”，但所提出的認(rèn)知協(xié)作通信方案的中斷概率平臺(tái)明顯低于傳統(tǒng)非協(xié)作認(rèn)知通信方案。此外，將傳統(tǒng)分集增益定義式推廣到存在主次用戶干擾的認(rèn)知無(wú)線電環(huán)境中，提出了一種新的分集增益定義，為分析認(rèn)知無(wú)線電通信的分集增益性能提供理論依據(jù)。理論分析表明在給定主用戶中斷概率一定的條件下，所提出的認(rèn)知協(xié)作通信方案仍獲得了滿分集度。
　　然后，研究

5、認(rèn)知協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)中的感知－通信折中，提出了“固定融合頻譜感知－最佳中繼數(shù)據(jù)傳輸”（FFSS-BRDT，F(xiàn)ixed Fusion Spectrum Sensing and Best Relay Data Transmission）和“選擇融合頻譜感知－最佳中繼數(shù)據(jù)傳輸”（SFSS-BRDT，Selective Fusion Spectrum Sensing and Best Relay Data Transmission）兩種認(rèn)知協(xié)作中繼

6、方案，深入研究了頻譜感知階段與認(rèn)知用戶通信階段之間的資源分配與優(yōu)化。在保證主用戶服務(wù)質(zhì)量的條件下，理論分析了所提出的FFSS-BRDT和SFSS-BRDT方案的頻譜空洞利用率性能，結(jié)果表明通過(guò)聯(lián)合優(yōu)化頻譜感知與認(rèn)知用戶通信之間的資源分配，可以顯著提高FFSS-BRDT和SFSS-BRDT方案的頻譜空洞利用率。
　　最后，研究認(rèn)知協(xié)作中繼通信中的分集復(fù)用折中，提出了新的分集復(fù)用折中定義式，為認(rèn)知無(wú)線電通信中的分集復(fù)用折中分析奠定了理