【摘要】：隨著無線通信業(yè)務(wù)需求的快速增長,可用的頻譜資源變得越來越稀缺,而有些頻譜資源利用率低,造成這種現(xiàn)象的一個重要原因是現(xiàn)有的頻譜分配方案僵化,認(rèn)知無線電技術(shù)是解決這種僵化分配的有效途徑。從信息論的角度,根據(jù)系統(tǒng)所需邊信息的不同,可將認(rèn)知無線電系統(tǒng)模型分為三類,即交織模型、襯墊模型與重疊模型。認(rèn)知無線電重疊模型的核心思想是利用二級用戶來協(xié)助主用戶傳輸,其中二級用戶的傳輸不受限制,因此它是三者中具有最好系統(tǒng)性能和最高頻譜效率的模型。然而,認(rèn)知重疊模型中的主用戶與二級用戶之間具體怎么實現(xiàn)頻譜共享面臨巨大的挑戰(zhàn),因而成為研究的熱點。本文研究認(rèn)知無線重疊模型中的傳輸策略,以提高系統(tǒng)的中斷性能和吞吐量性能為目標(biāo),具體針對認(rèn)知重疊模型的四種可實現(xiàn)場景而展開研究。主要工作和創(chuàng)新點如下： (1)基于兩階段式傳輸機制的認(rèn)知重疊模型中二級用戶可靠通信傳輸策略的研究。針對多個二級用戶場景,提出了一種基于最佳協(xié)作用戶選擇的兩階段式傳輸策略。其工作原理：從第一階段獲取主用戶信息的二級發(fā)射中,選擇所有能滿足二級系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的二級發(fā)射,再從這些發(fā)射中選出一個作為主用戶中繼來轉(zhuǎn)發(fā)信號,中繼選擇準(zhǔn)則使主用戶獲得最大的信干噪比。充當(dāng)中繼的二級發(fā)射在輔助譯碼轉(zhuǎn)發(fā)主用戶信號的同時,也進行二級數(shù)據(jù)傳輸。本文分析了所提出傳輸策略中主用戶的中斷性能,理論與仿真結(jié)果表明該傳輸策略在提高主用戶服務(wù)質(zhì)量的同時,也為二級用戶提供使用授權(quán)頻譜的機會。另外,隨著二級用戶個數(shù)的增加,主用戶中斷性能得到提升。 (2)面向多跳系統(tǒng)的認(rèn)知重疊模型中并行通信傳輸策略的設(shè)計。針對主用戶為多跳傳輸系統(tǒng)的場景,提出了一種基于多個二級用戶并行通信的多跳傳輸策略。主用戶數(shù)據(jù)包由信息源發(fā)出后,經(jīng)過多個譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼成功到達主用戶終端,為此本文設(shè)計了兩種機會路由中繼選擇方案。二級發(fā)射可看作主用戶的候選中繼,當(dāng)某二級發(fā)射被選為協(xié)作中繼,系統(tǒng)中其它滿足并行通信條件的二級用戶可進行二級數(shù)據(jù)傳輸,為此本文設(shè)計了一種選取并行通信用戶的搜索算法。由上述可知,二級發(fā)射的存在擴大了主用戶中繼選擇范圍,因而給主用戶系統(tǒng)引入了多用戶分集增益；又二級用戶作為協(xié)作中繼減少了主用戶系統(tǒng)能量損耗。理論分析和仿真結(jié)果表明當(dāng)系統(tǒng)中二級用戶數(shù)大于7時,所提出的傳輸策略中的主用戶和二級系統(tǒng)吞吐量都有提升 (3)基于TPSR (Two-Path-Successive-Relaying)傳輸機制的認(rèn)知重疊模中的傳輸策略研究。在多個二級用戶競爭主用戶頻譜資源的場景下,提出了一種基于譯碼轉(zhuǎn)發(fā)和TPSR機制的多用戶選擇傳輸策略,其中選擇兩個二級發(fā)射作為純中繼轉(zhuǎn)發(fā)主用戶數(shù)據(jù),以此最優(yōu)化主用戶系統(tǒng)性能。根據(jù)TPSR機制的原理,主用戶能連續(xù)不斷地傳輸不同的信號。若只需保證主用戶系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量,性能最優(yōu)化后的主用戶系統(tǒng)能容忍一定量的干擾,利用干擾容忍量來選取第三個二級用戶進行二級數(shù)據(jù)傳輸。理論分析和仿真結(jié)果表明所提出的傳輸策略具有較好的主用戶中斷性能,而且在二級用戶發(fā)射信噪比較小條件下,具有較好的二級用戶中斷性能。 (4)面向ARQ (Automatic-Repeat-reQuest)系統(tǒng)的認(rèn)知重疊模型中協(xié)作干擾管理傳輸策略的設(shè)計。在干擾源為ARQ系統(tǒng)的強干擾環(huán)境下,提出一種基于協(xié)作干擾管理與頻譜接入之間切換的頻譜共享策略。其工作思路：二級發(fā)射端將所獲得的有效的干擾源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給主用戶接收端以協(xié)助其實現(xiàn)干擾消除,進而提升主用戶性能,這種性能提升量即為二級用戶收集的信用度。若收集了足夠的信用度,系統(tǒng)將切換到頻譜接入模式,即實現(xiàn)二級數(shù)據(jù)通信,此時主用戶傳輸受到干擾而導(dǎo)致其性能下降,其中性能損失量即為二級用戶的懲罰度。懲罰度會抵消先前所收集的信用度,當(dāng)懲罰度等于信用度時,二級用戶將進入新一輪信用度收集。本文理論推導(dǎo)兩種模式下的主用戶系統(tǒng)吞吐量、頻譜接入模式下二級用戶系統(tǒng)吞吐量、以及整體的主用戶和二級用戶系統(tǒng)吞吐量。理論與仿真結(jié)果表明當(dāng)主用戶系統(tǒng)平均發(fā)射信噪比較小時,所提出的傳輸策略具有較好的主用戶吞吐量性能。
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【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN925

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本文編號：2418373