基于多用戶協(xié)作的無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、認(rèn)知無(wú)線電是指具有自主尋找和使用空閑頻譜資源能力的智能無(wú)線電技術(shù)。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的提出,為解決不斷增長(zhǎng)的無(wú)線通信應(yīng)用需求與日益緊張的無(wú)線頻譜資源之間的矛盾提供了一種有效的解決途徑,而將認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)與協(xié)作通信技術(shù)相結(jié)合,不僅能夠增大系統(tǒng)吞吐量,提高信號(hào)空間分集,增強(qiáng)抗干擾能力,而且不影響授權(quán)用戶的使用,充分利用頻譜資源,解決授權(quán)頻段利用率不高而非授權(quán)頻段占用擁擠的矛盾,對(duì)于研究下一代移動(dòng)通信及自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)都有極其重大的意義。本論文主要

2、研究了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的三種主從協(xié)作模型:中心控制式,盲協(xié)作式和協(xié)作式模型。分析了在這三種模型下的系統(tǒng)性能:包括系統(tǒng)中斷概率,網(wǎng)絡(luò)傳輸容量,主從用戶協(xié)作數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)中最大節(jié)點(diǎn)空間密度及虛擬多入多出(Virtual Multiple Input Multiple Output,VMIMO)信號(hào)及干擾的傳輸特性。
　　 論文首先提出一種中心控制式的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)模型。在該模型中,控制中心已知所有用戶的位置并為每個(gè)主用戶分配最近的從用戶進(jìn)行

3、協(xié)作通信,控制中心通過(guò)從用戶反饋的感知結(jié)果來(lái)獲取頻譜空洞信息并為從用戶分配工作頻段。主用戶利用正交子信道接入基站,從用戶利用網(wǎng)絡(luò)中未用的頻譜空洞采用放大前傳機(jī)制為主用戶轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。推導(dǎo)了在該模型下主用戶的中斷概率,并對(duì)主用戶發(fā)送概率,主從用戶間發(fā)射功率的分配和主從用戶個(gè)數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響進(jìn)行了仿真。理論推導(dǎo)及仿真結(jié)果表明在此方案下主從用戶平均分配發(fā)射功率系統(tǒng)性能最優(yōu),而從用戶數(shù)目多于主用戶數(shù)目時(shí)系統(tǒng)性能沒(méi)有發(fā)生明顯變化。
　　 其次,

4、論文基于盲協(xié)作認(rèn)知模型設(shè)計(jì)了一種新型的主從協(xié)作數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。協(xié)議要求從用戶具有兩種存儲(chǔ)隊(duì)列,一種是存儲(chǔ)主用戶未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)包,另一種存儲(chǔ)從用戶自身的數(shù)據(jù),從用戶通過(guò)感知系統(tǒng)中多個(gè)頻譜空洞接入信道并以一定的概率中繼主用戶未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)包。在此協(xié)議基礎(chǔ)上,分析了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)吞吐量并給出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)條件,同時(shí)結(jié)合主用戶時(shí)延的計(jì)算,給出了從用戶中繼概率的選擇建議方案。理論分析和仿真結(jié)果表明從用戶中繼能夠提高主從用戶吞吐量并能在合適的從用戶中繼概

5、率下降低主用戶的時(shí)延。
　　 第三,論文提出了一種基于覆蓋、共存模式的協(xié)作認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)混合模型,在距離主用戶發(fā)送端較近處采用覆蓋模型,即主用戶把授權(quán)的頻譜資源分配一部分給從用戶,而從用戶通過(guò)構(gòu)建虛擬MIMO網(wǎng)絡(luò),采用DPC編碼并利用這部分授權(quán)頻段與主用戶協(xié)作傳輸；在距離主用戶發(fā)送端較遠(yuǎn)處采用共存模型,即從用戶通過(guò)控制傳輸功率或減少?gòu)挠脩艨臻g密度來(lái)降低對(duì)主用戶的干擾。推導(dǎo)了不同場(chǎng)景下最大從用戶密度上下界并給出了最大值取值時(shí)最優(yōu)功率控制

6、參數(shù)和臟紙編碼(Dirty Paper Coding,DPC)參數(shù)的數(shù)值。仿真結(jié)果表明采用虛擬MIMO技術(shù)時(shí)最大從用戶密度遠(yuǎn)大于主用戶直接傳輸場(chǎng)景下的從用戶密度值。
　　 第四,論文提出了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中主從用戶利用虛擬MIMO技術(shù)的協(xié)作方案,推導(dǎo)了虛擬MIMO信號(hào)及主用戶所受干擾的互補(bǔ)累積分布函數(shù)(ComplimentaryCumulative Distribution Function,CCDF)上下界及其漸近分布表達(dá)式,證明了其