認知無線電網(wǎng)絡中協(xié)作中繼技術研究.pdf

1、認知無線電可望解決無線通信快速發(fā)展與可用頻譜資源日益緊缺的矛盾，因而備受關注，已成為當前無線通信領域的研究熱點。認知無線電系統(tǒng)包括授權(quán)用戶（稱為主用戶）和未授權(quán)用戶（稱為次用戶或認知用戶）。認知無線電技術允許未授權(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態(tài)共享無線頻譜資源。認知無線電需要解決兩個基本問題：一是頻譜感知，即研究精確的頻譜感知算法，以從授權(quán)頻段中可靠地檢測出盡可能多的可用頻譜空洞；二是認

2、知用戶通信，即設計高效的認知用戶通信機制，以充分利用已檢測到的頻譜空洞進行通信。本論文針對上述兩個基本問題，提出了相應的解決方案，并將二者進行有機結(jié)合，深入研究了認知無線電系統(tǒng)中的協(xié)作中繼技術。
　　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，提出了一種新的基于選擇式中繼的協(xié)作頻譜感知方案，在保證主用戶服務質(zhì)量不受影響的前提條件下，所提方案無需專用的無線電頻譜資源用于上報初始頻譜感知結(jié)果至融合

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

4、方案的中斷概率。研究發(fā)現(xiàn)在給定目標主用戶中斷概率的前提下，認知用戶通信的中斷概率在高信噪比區(qū)域出現(xiàn)了“平臺效應”，但所提出的認知協(xié)作通信方案的中斷概率平臺明顯低于傳統(tǒng)非協(xié)作認知通信方案。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知無線電環(huán)境中，提出了一種新的分集增益定義，為分析認知無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，所提出的認知協(xié)作通信方案仍獲得了滿分集度。
　　然后，研究

5、認知協(xié)作中繼網(wǎng)絡中的感知－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）兩種認知協(xié)作中繼

6、方案，深入研究了頻譜感知階段與認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)果表明通過聯(lián)合優(yōu)化頻譜感知與認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，研究認知協(xié)作中繼通信中的分集復用折中，提出了新的分集復用折中定義式，為認知無線電通信中的分集復用折中分析奠定了理