認知系統(tǒng)物理傳輸相關(guān)技術(shù)的研究.pdf

1、隨著新型技術(shù)的不斷出現(xiàn)以及無線設(shè)備數(shù)量的增加，無線頻譜資源變得日趨緊張，因此如何節(jié)約頻譜資源、提高頻譜利用效率就成為了目前無線通信領(lǐng)域一個重要的問題。認知無線電的出現(xiàn)為這個問題的解決提供了一個十分有效的技術(shù)途徑，它可以被定義為一種智能的無線系統(tǒng)，可以通過頻譜感知來獲得周圍環(huán)境的頻譜使用情況，利于獲得的信息來規(guī)劃下一步的頻譜分配以及接入，在不影響授權(quán)用戶正常通信的情況下滿足認知用戶的需求。由此可知，認知無線電需要根據(jù)感知結(jié)果動態(tài)的調(diào)整其無

2、線系統(tǒng)的運行參數(shù)，其物理層必須擁有很高的靈活性和適應(yīng)性。在利用頻譜機會時，有效的物理傳輸技術(shù)成為了一個相當重要的問題。首先，如何生成對授權(quán)信號無干擾的認知信號以實現(xiàn)和授權(quán)用戶之間的頻譜共享傳輸，是認知物理傳輸技術(shù)中所關(guān)注的首要問題。目前對該問題主流的解決方案包括NC-OFDM和TDCS，另外認知UWB也是一種重要的物理傳輸技術(shù)。其次，在認知系統(tǒng)中授權(quán)信號出現(xiàn)的時間和頻率的不確定性認知用戶的通信鏈路質(zhì)量以及數(shù)據(jù)傳輸性能的下降，所以采用何種

3、有效的信道編碼技術(shù)也成為認知無線電物理傳輸技術(shù)研究中的一個重要領(lǐng)域。為了使認知用戶能夠更好的利用頻譜，在不影響主用戶的情況下提高自己的傳輸性能，本文對認知無線電的物理傳輸技術(shù)進行了研究，在多載波共享傳輸機制以及信道編碼技術(shù)方面提出了兩個嶄新的想法，并給予了詳細的理論分析以及性能仿真。
　　 首先，本文設(shè)計了一種新穎的頻譜共享傳輸機制--混疊正交頻分復(fù)用多址接入(Overlapped OFDMA)，該機制允許認知用戶采用授權(quán)用戶子

4、載波帶寬的1/2進行傳輸，其頻譜和授權(quán)用戶頻譜可以存在一定的混疊。如果認知用戶保持和授權(quán)用戶時域信號準同步以及其子載波分配方案滿足一定的限制條件，此時授權(quán)用戶將不受干擾。由于任意載波上的干擾都包含有其他載波的信息，因此認知用戶可以通過適當?shù)幕謴?fù)算法將信息完整得恢復(fù)。Overlapped OFDMA機制的可行性將通過授權(quán)用戶和認知用戶接收端的分析進行說明。盡管OverlappedOFDMA機制帶來了一定的系統(tǒng)和運算復(fù)雜度，理論推導(dǎo)和仿真結(jié)

5、果均表明Overlapped OFDMA機制中授權(quán)用戶的性能和NC-OFDM認知系統(tǒng)相比幾乎相同，而認知用戶卻獲得了更加優(yōu)異的吞吐量性能，該機制為頻譜共享傳輸體制的設(shè)計提供了新的可能性。
　　 其次，本文提出了一種新的基于信道狀態(tài)信息的非平等保護無速率編碼(UEP-CSI Rateless Codes)，在可以獲得信道狀態(tài)信息(CSI)的無線傳輸場景中，將CSI應(yīng)用到無速率編碼的包調(diào)度中，為每一個編碼包選擇最優(yōu)的接入信道，使得無

6、速率編碼獲得更加優(yōu)異的性能。然后將UEP-CSI Rateless Codes應(yīng)用到了認知系統(tǒng)的背景中并且在CSI中綜合考慮了信道增益系數(shù)以及授權(quán)用戶的活動性預(yù)測信息，仿真的結(jié)果表明了該方法在一定程度上提高了認知用戶的吞吐量性能。
　　 本文在最后介紹了認知OFDMA系統(tǒng)物理傳輸技術(shù)的硬件與軟件實現(xiàn)。首先詳細說明微軟的SORA平臺的硬件組成，系統(tǒng)架構(gòu)以及相關(guān)軟件；然后對基于SORA平臺的認知OFDMA系統(tǒng)物理層幀結(jié)構(gòu)、組幀流程以