本文關(guān)鍵詞：認知無線電促進毫微微蜂窩部署的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中,通信接入機會和更高服務(wù)質(zhì)量的需求,近三十五年來,持續(xù)增長,始終迫使人們?nèi)ジ痈咝У乩孟∮械念l譜資源。最近,認知無線電和毫微微蜂窩的涌現(xiàn),勾勒出了智能頻譜和異構(gòu)組網(wǎng)的模式,引起了廣泛的關(guān)注。認知無線電技術(shù),通過盡可能在時間和空間單位上利用浪費的或者未充分利用的頻率,來允許無牌設(shè)備無縫地與分配頻譜許可證持有者共存,被公認為革新的軟件定義無線電。在最初設(shè)計的宏蜂窩基礎(chǔ)架構(gòu)上,部署毫微微蜂窩,通過縮短發(fā)射機和接收機之間的距離,無線鏈路質(zhì)量和頻譜復用機會都得到了提高。以上兩項技術(shù)相互滲透和融合,已經(jīng)成為一種趨勢。本文將基于認知無線電技術(shù),來應(yīng)對毫微微蜂窩覆蓋傳統(tǒng)宏蜂窩與生俱來的幾個關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn),主要集中在毫微微蜂窩用戶的頻譜接入,異構(gòu)毫微微蜂窩網(wǎng)絡(luò)的兩層干擾,和毫微微蜂窩扶助小區(qū)邊緣宏用戶可靠通信的問題。具體內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下。 首先,詳細闡釋了頻譜感知的目的,基本原理,傳統(tǒng)方法和分類,認真比較了著名的主要頻譜感知方法的優(yōu)缺點,提出了頻譜感知服務(wù)器(Spectrum-Cognizing Server: SCS)模型,在傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信中,首次明確定位了感知功能的歸屬實體,提出了區(qū)分感知可行性的四種SCS運用。頻譜感知服務(wù)器能夠發(fā)揮服務(wù)器配置的優(yōu)勢提高單次感知的準確率,可以運用復雜度較高的感知技術(shù),最小化對授權(quán)主用戶感知時造成的干擾,隨之最小化整個網(wǎng)絡(luò)的感知成本。并且將這個模型推廣運用到異構(gòu)毫微微蜂窩網(wǎng)絡(luò),來規(guī)劃毫微微蜂窩用戶的動態(tài)頻譜接入行為,在與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和終端設(shè)計完全兼容的情況下,SCS使得現(xiàn)有終端可以無縫接入認知毫微微蜂窩網(wǎng)絡(luò)。 其次,在深刻指出分布式頻譜感知方案三大固有問題的前提下,明確提出集中式認知無線電頻譜間隙與頻譜襯底兩種管理模式,用來有效地消除毫微微蜂窩兩層干擾。它是適合于上行鏈路和下行鏈路傳輸?shù)母蓴_抑止方案。在重申了認知環(huán)的三大基本任務(wù)之后,基于SCS對前兩個任務(wù)的解決方案,重點研究了第三個任務(wù)——發(fā)送功率控制和動態(tài)頻譜管理。結(jié)合當今廣泛運用的正交頻分復用調(diào)制技術(shù),在下行鏈路跨層干擾約束下的可靠通信中,提出了采用認知無線電頻譜兩層模式的基于次梯度方法的最優(yōu)功率控制算法和低復雜度次優(yōu)方案。理論分析和大量數(shù)值仿真結(jié)果表明,提出的最優(yōu)算法,在傳輸速率方面,能媲美其他優(yōu)化算法的同時降低了復雜度,還優(yōu)于幾款經(jīng)典功率分配方案和傳統(tǒng)的頻譜間隙或頻譜襯底方案,因為最大化了多載波傳輸?shù)睦寐�。相比于最�?yōu)方案,經(jīng)典注水,等功率,階梯比例功率分配,提出的次優(yōu)方法則更具有吸引力,以較低的復雜度,適中的峰均功率比,擁有了可觀的速率,利用了多載波信道條件的優(yōu)點,取得了復雜度和性能的最佳折中。 第三,詳細闡釋了毫微微蜂窩的三種接入模式之后,指出自私的毫微微蜂窩很難選擇開放模式。進而提出了新穎的效益為驅(qū)動的中繼框架,以激發(fā)自私的毫微微蜂窩基站選擇混合接入模式,輔助宏蜂窩基站給其小區(qū)邊緣的用戶提供中繼服務(wù),同時避免異構(gòu)毫微微蜂窩網(wǎng)絡(luò)中,限制性能提升的主要因素——兩層干擾。提出了基于認知無線電頻譜拍賣的宏蜂窩基站頻譜管理方案。建模了與傳輸速率,歸一化拍賣投標參數(shù),頻譜價格,中繼補償因子和毫微微蜂窩接入模式控制參數(shù)相關(guān)的效益函數(shù)。提出了運用古諾博弈來建模毫微微蜂窩基站之間的競爭關(guān)系；和采用斯塔克爾伯格大博弈,來建模宏蜂窩基站和多個毫微微蜂窩基站之間的競爭與合作。據(jù)了解,是首次將古諾博弈和斯塔克爾伯格博弈結(jié)合來規(guī)范通信實體之間的交互行為。并且證明了古諾博弈納什均衡的存在性和唯一性,以及斯塔克爾伯格博弈均衡的存在性。重要的是,提出了實現(xiàn)斯塔克爾伯格均衡的補償因子和頻譜價格的具體確定算法,并且證明了兩個算法的收斂性。設(shè)計了協(xié)議來規(guī)劃博弈框架的具體細節(jié),圍繞三個方面——中繼信道質(zhì)量,頻帶租賃中繼傳輸比例系數(shù),和價格貼現(xiàn)因子的影響,做了大量的數(shù)值仿真,來驗證提出方案和算法的有效性。仿真結(jié)果表明提出的毫微微蜂窩混合接入機制可以實現(xiàn)雙贏,為小區(qū)邊緣的宏蜂窩用戶提供更好的服務(wù)質(zhì)量,毫微微蜂窩用戶則能獲得更多的頻譜準入機會。 本文研究的目的,是激勵部署采用集中式認知無線電頻譜管理的毫微微蜂窩基站,來適應(yīng)即將到來的,高速率、低能耗、智能頻譜接入的第五代異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)演進的需求。
【關(guān)鍵詞】：認知無線電 凸優(yōu)化 毫微微蜂窩 博弈論 混合接入 干擾消除 納什均衡 功率分配 頻譜感知 斯塔克爾伯格均衡 頻譜管理
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-28
• 1.1 論文的研究背景12-13
• 1.2 認知無線電：頻譜利用的革新13-16
• 1.2.1 認知無線電的定義13-14
• 1.2.2 認知無線電之核心14-16
• 1.3 Femotcell：新興的毫微微蜂窩16-21
• 1.3.1 Femtocells的部署優(yōu)勢17-18
• 1.3.2 Femtocells的技術(shù)挑戰(zhàn)18-21
• 1.4 論文的研究方法21-25
• 1.4.1 凸優(yōu)化基本概念21-23
• 1.4.2 博弈論基本概念23-25
• 1.5 論文結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容25-28
• 2 毫微微蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶頻譜接入研究28-54
• 2.1 頻譜感知的必要性28-35
• 2.1.1 頻譜寶貴的資源28
• 2.1.2 高效利用頻譜28-35
• 2.2 頻譜感知的基本理論35-37
• 2.2.1 二元假設(shè)檢驗35
• 2.2.2 假設(shè)檢驗的標準35-37
• 2.3 傳統(tǒng)感知方案37-43
• 2.3.1 單獨頻譜感知37-40
• 2.3.2 協(xié)作頻譜感知40-43
• 2.4 毫微微蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻譜動態(tài)管理43-53
• 2.4.1 傳統(tǒng)頻譜感知的挑戰(zhàn)45-48
• 2.4.2 服務(wù)器接管頻譜感知48-49
• 2.4.3 頻譜感知服務(wù)器的運用49-50
• 2.4.4 頻譜感知服務(wù)器的優(yōu)勢50-53
• 2.5 本章小結(jié)53-54
• 3 毫微微蜂窩網(wǎng)絡(luò)兩層干擾消除研究54-80
• 3.1 傳統(tǒng)無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)54-58
• 3.1.1 小區(qū)形狀和扇區(qū)54-55
• 3.1.2 頻率復用55-56
• 3.1.3 多址技術(shù)56-57
• 3.1.4 干擾57-58
• 3.2 毫微微蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的興起58-61
• 3.3 基于CR頻譜管理的干擾消除技術(shù)61-72
• 3.3.1 毫微微蜂窩干擾消除相關(guān)研究62-63
• 3.3.2 兩種頻譜模式對抗兩層干擾63-65
• 3.3.3 系統(tǒng)模型和公式建模65-72
• 3.4 仿真與性能分析72-78
• 3.5 本章小結(jié)78-80
• 4 毫微微蜂窩基站混合運行模式研究80-114
• 4.1 毫微微蜂窩運行模式80-86
• 4.1.1 封閉式接入毫微微蜂窩81-82
• 4.1.2 開放式接入毫微微蜂窩82-83
• 4.1.3 混合式接入毫微微蜂窩83-86
• 4.2 基于CR頻譜拍賣效益驅(qū)動的毫微微蜂窩混合運行模式86-102
• 4.2.1 混合式認知毫微微蜂窩中繼相關(guān)研究88-89
• 4.2.2 系統(tǒng)模型和公式建模89-93
• 4.2.3 古諾博弈和斯塔克爾伯格博弈93-102
• 4.2.4 混合接入?yún)f(xié)議102
• 4.3 仿真與性能分析102-112
• 4.3.1 古諾博弈102-106
• 4.3.2 斯塔克爾伯格博弈106-112
• 4.4 本章小結(jié)112-114
• 5 總結(jié)和展望114-120
• 5.1 論文總結(jié)114-116
• 5.2 工作展望116-120
• 5.2.1 高頻段寬頻壓縮感知116-117
• 5.2.2 多天線干擾對齊干擾避免技術(shù)117
• 5.2.3 CoMP毫微微蜂窩網(wǎng)絡(luò)117-119
• 5.2.4 毫微微蜂窩網(wǎng)絡(luò)多贏家頻譜拍賣博弈119-120
• 致謝120-121
• 參考文獻121-130
• 附錄1 攻讀博士學位期間發(fā)表學術(shù)論文目錄130

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本文編號：300262