異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，從以前簡單的實現(xiàn)某一通信目的網(wǎng)絡(luò)逐漸豐富化，演變?yōu)槎鄠€獨立的可支持多種業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，隨著應(yīng)用和用戶需求的提升，下一代異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)（Next GenerationHeterogeneous Wireless Network，NGHCN）對融合的需求日趨提高。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中尚存在若干關(guān)鍵問題亟待研究，如參考模型或體系結(jié)構(gòu)、泛在移動性管理、空中接口互連、聯(lián)合無線資源管理和服務(wù)質(zhì)量管理等。隨著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化、業(yè)務(wù)類型的豐富、

2、用戶需求的提高以及無線頻譜資源的稀缺，這些問題都變得更加復(fù)雜而難以解決，需要全新的理論和相關(guān)技術(shù)進行支持，因此，研究異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵理論和技術(shù)對于未來通信系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。由于異構(gòu)融合通信網(wǎng)絡(luò)體系龐大，所包含的內(nèi)容比較多，本文重點研究了其中基于NGHCN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的增強移動性管理（網(wǎng)絡(luò)選擇和智能切換）以及支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)空中接口融合并從根本解決頻譜匱乏問題的認知無線電技術(shù)以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于認知無線電技術(shù)的聯(lián)合無線資源管理和

3、服務(wù)質(zhì)量管理，并針對其中存在的一些關(guān)鍵問題提出了解決方案。
　　 本論文的主要工作和創(chuàng)新之處在于：
　　 首先，用戶移動性是移動通信網(wǎng)絡(luò)中的一個典型行為，已有的網(wǎng)絡(luò)中的移動性管理技術(shù)已經(jīng)得到充分探討，但在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，如何保障用戶跨越基于不同結(jié)構(gòu)和協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)時的業(yè)務(wù)性能是一個亟待研究的問題。本文基于下一代異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)并參考國際規(guī)范和協(xié)議提出一個增強移動性管理框架，主要包括網(wǎng)絡(luò)探測、網(wǎng)絡(luò)選擇和網(wǎng)絡(luò)切換三個步驟。提出一

4、種可用于當前異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)/終端選擇算法，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)和終端性能以及用戶和業(yè)務(wù)需求，為用戶選擇最佳的網(wǎng)絡(luò)和終端提供服務(wù)，實現(xiàn)以用戶為中心的泛在移動性。
　　 其次，本文著重研究了認知無線電技術(shù)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，隨著業(yè)務(wù)的日益豐富，用戶需求也隨之增長，而無線頻譜匱乏的問題已成為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸；同時，為了實現(xiàn)基于不同空中接口以及協(xié)議棧無線網(wǎng)絡(luò)的新型業(yè)務(wù)，對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接口互聯(lián)互通提出了更高的要求。為了解決以上問題，認知無線電

5、技術(shù)應(yīng)運而生。認知無線電基于軟件無線電平臺，可動態(tài)感知無線頻譜環(huán)境，根據(jù)環(huán)境動態(tài)改變系統(tǒng)參數(shù)加以適配，同時根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)的空中接口和協(xié)議棧重配置，通過動態(tài)頻譜共享技術(shù)，進一步提高頻譜利用率的同時實現(xiàn)空中接口互連。頻譜感知是認知無線電系統(tǒng)的關(guān)鍵功能之一，探測信號存在性并進行識別是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)空中接口互連的前提。本文針對認知無線電系統(tǒng)中的六種常見信號提出一種基于循環(huán)平穩(wěn)特性檢測的頻譜感知方案，，通過循環(huán)譜分析選取簡單有效的譜相關(guān)特征形成特征向量

6、，結(jié)合統(tǒng)計模式識別方法設(shè)計了一個非線性支持向量機分類器，并選擇最優(yōu)核函數(shù)和核參數(shù)用于主用戶信號識別。通過仿真對算法性能進行了驗證，并在不同信道條件下與傳統(tǒng)分類器的性能進行了分析比較。仿真結(jié)果表明本方案在低信噪比和小樣本條件下具有更好的識別性能。
　　 然后，本文提出一種結(jié)合頻譜自適應(yīng)（Spectrum Adaptation，SA）與MIMO-OFDM技術(shù)的動態(tài)頻譜共享方案。該方案通過功率門限模型實現(xiàn)非授權(quán)信號的自適應(yīng)頻譜成型，并

7、給出了一種簡單的動態(tài)功率分配算法以最大化比特率。仿真結(jié)果表明，該方案能夠克服干擾溫度模型的局部干擾問題，使用MIMO技術(shù)可進一步提高系統(tǒng)性能，通過動態(tài)功率分配算法可降低計算復(fù)雜性并提高頻譜利用率。
　　 最后，多輸入多輸出正交頻分復(fù)用（MIMO-OFDMA）技術(shù)和多輸入多輸出多載波碼分多址（MIMO-MC-CDMA）技術(shù)結(jié)合了抗符號間干擾和頻率選擇性衰落以及高容量特性，已分別成為3GPP Long TermEvolution（L

8、TE）和超三代（B3G）以及四代（4G）移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。本文研究了多用戶MIMO-OFDMA系統(tǒng)和MIMO-MC-CDMA系統(tǒng)中基于認知無線電技術(shù)的動態(tài)頻譜共享，并針對不同的通信業(yè)務(wù)設(shè)計了不同的用戶效用函數(shù)保障業(yè)務(wù)QoS。提出一種基于用戶效用和最大化的動態(tài)資源分配與調(diào)度方案，通過松弛約束條件將NP-hard的組合最優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題并通過拉格朗日對偶法進行分解，利用次梯度迭代算法求解對偶問題求得原始問題最優(yōu)解。仿真結(jié)果表明