認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的自由度研究.pdf

1、無(wú)線通信所使用的頻譜資源是一種非常有限的資源。而目前主要的固定頻譜分配方式快速地消耗頻譜資源。頻譜資源的稀缺已經(jīng)成為了限制無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的重要因素。然而,美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)的報(bào)告卻表明,大多數(shù)被授權(quán)的頻譜資源并沒(méi)有被充分地使用,頻譜的有效利用率很低。因此,為了緩解頻譜資源稀缺矛盾,認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò),直接研究其容量域非常困難。因此,一些可以用來(lái)近似描述容量的特性的度量就被提出來(lái)了,其中就包括了自由度。

2、r>　　近來(lái),干擾對(duì)齊技術(shù)以自由度為度量,突破了許多經(jīng)典的關(guān)于有線或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的吞吐量上限。在認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中也出現(xiàn)了許多研究成果。
　　本文主要研究了協(xié)作認(rèn)知下無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)自由度上界。協(xié)作通信被廣泛用于各種通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)提高通信網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。因而本文在主用戶(hù)與次要用戶(hù)之間引入?yún)f(xié)作認(rèn)知,以突破現(xiàn)有的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)自由度上界。
　　本文把頻譜共享的概念進(jìn)行擴(kuò)展,提出了自由度共享的概念,并重點(diǎn)研究了由單個(gè)主用戶(hù)、單個(gè)或多個(gè)

3、次要用戶(hù)組成的SISO認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)。證明了該認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)自由度上界,并在協(xié)作認(rèn)知的情況下,設(shè)計(jì)了一個(gè)漸近干擾對(duì)齊方案達(dá)到了這個(gè)自由度上界,從而得到了該認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)自由度上界。該可達(dá)自由度表明:1.對(duì)于只有單個(gè)次要用戶(hù)情況,該次要用戶(hù)可以得到主用戶(hù)未使用的、剩余的全部自由度;2.對(duì)于多個(gè)次要用戶(hù),當(dāng)主用戶(hù)實(shí)際使用的自由度不超過(guò)其可使用的最大自由度的一半時(shí),每個(gè)次要用戶(hù)都可以漸近地得到最大自由度的一半。而當(dāng)主用戶(hù)實(shí)際使用的

4、自由度超過(guò)其可使用的最大自由度的一半時(shí),每個(gè)次要用戶(hù)都可以漸近地得到主用戶(hù)未使用的、剩余的全部自由度。然而,在這個(gè)漸近干擾對(duì)齊方案中,主用戶(hù)不但沒(méi)有得到任何好處,甚至還要作額外的預(yù)編碼操作。因此,本文也給出了部分協(xié)助干擾對(duì)齊方案和全協(xié)助干擾對(duì)齊方案這兩個(gè)協(xié)助干擾對(duì)齊方案來(lái)激勵(lì)主用戶(hù)參與協(xié)作認(rèn)知。其中,部分協(xié)助認(rèn)知干擾對(duì)齊方案是針對(duì)主用戶(hù)實(shí)際使用的自由度超過(guò)其可使用的最大自由度的一半的情況來(lái)設(shè)計(jì)的,在這個(gè)方案中,次要用戶(hù)協(xié)助主用戶(hù)傳送部分

5、信息,并可以保證該情況下,自由度上限仍然可達(dá);全協(xié)助對(duì)齊方案則要求協(xié)助主用戶(hù)傳送全部信息,主用戶(hù)不需要發(fā)送信號(hào)甚至不需要發(fā)射機(jī),但作為代價(jià),網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)自由度會(huì)稍稍低于自由度上界,不過(guò),自由度的損失會(huì)隨著次要用戶(hù)的增加而減小。
　　本文也嘗試把SISO認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的自由度結(jié)論擴(kuò)展到MIMO認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中。證明了兩種情況下的可達(dá)自由度上界。一種是只有一個(gè)次要用戶(hù)的情況,此時(shí)該次要用戶(hù)可以獲得主用戶(hù)未使用的、剩余的全部自由度;另一種