基于随机几何的认知蜂窝网络性能分析

摘要

随着移动互联网技术的迅速普及，蜂窝网移动通信业务呈现出爆炸性增长，有限的频谱资源越来越不能够满足人们日益增长的带宽需求，频谱资源短缺以及频谱资源的利用率不高使更多可用频谱资源的探索成为下一代蜂窝通信网络的关键。认知无线电是一项可以有效解决上述问题的创新性技术，它通过频谱感知、自适应调整系统参数来实现动态频谱接入和智能频谱分配。将认知无线电技术应用于下一代蜂窝通信网络，能够使传统蜂窝网伺机使用空闲频谱，补充蜂窝网络静态频谱分配政策，从而提高频谱利用率。但是由于主要网络的抗干扰要求和主要/认知系统的空间随机分布，使得认知蜂窝系统可用无线资源随机变化，进而导致网络系统性能呈现出不稳定的特性，这是传统蜂窝网络所不具备的特征，因此，本文针对上行链路和下行链路两个不同的场景，建立两个不同的模型，并利用不同的研究方法分析认知蜂窝网络中各种无线资源对系统性能的影响，为认知蜂窝网络的实际应用价值和网络规划提供指导。本文主要创新点如下:
　　(1)本文提出具有最大吞吐量和QoS保障两种类型的认知蜂窝网络，分析这两种不同认知蜂窝系统上行链路容量。仿真结果显示，最大吞吐量认知蜂窝网络系统容量容易受到主要用户密度和认知小区半径的影响;QoS保障的认知蜂窝网络则更容易受到阴影衰落和小区内主要用户位置的影响。此外，在FMC频带上接入这两种认知蜂窝网络都能获得较大的吞吐量。
　　(2)本文在泊松-费列罗里模型的基础上分析认知蜂窝网络下行链路中断概率，并研究中断概率限制下功率与认知带宽的关系。经仿真发现，认知蜂窝网络下行链路系统中断性能不容易受到干扰信道不同随机衰落的影响，而容易受到认知频谱资源、基站发射功率、基站密度等影响。特定系统中断性能下，功率与认知带宽可以相互换取，但是这种换取具有最小带宽限制，如果认知带宽小于最小带宽，认知带宽将无法换取功率。

目录

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摘要

Contents

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 研究现状

1．3 课题研究内容

1．4 论文主要贡献及结构安排

第二章 认知无线电网络及其空间模型

2．1 认知无线电技术

2．2 典型的认知无线电网络

2．3 认知蜂窝网络体系结构

2．4 认知蜂窝网络的空间模型

2．4．1 随机几何建模

2．4．2 均匀分布和泊松点过程

2．4．3 泊松-费列罗里

第三章 认知蜂窝网络上行链路性能研究

3．1 引言

3．2 基于泊松模型的认知蜂窝网上行链路建模

3．2．1 系统模型

3．2．2 信道模型

3．3 最大吞吐量认知蜂窝网容量分析

3．3．1 最大吞吐量算法描述

3．3．2 非衰落信道系统容量

3．3．3 衰落信道系统容量

3．4 QoS保障的认知蜂窝网系统容量分析

3．4．1 QoS保障算法描述

3．4．2 非衰落信道系统容量

3．4．3 衰落信道系统容量

3．5 性能仿真与分析

3．5．1 最大吞吐量认知蜂窝网络容量

3．5．2 QoS保障认知蜂窝网络容量

3．6 本章小结

第四章 认知蜂窝网络下行链路性能研究

4．1 引言

4．2 基于随机几何的认知蜂窝网下行链路建模

4．2．1 系统模型

4．2．2 信道模型

4．3 单天线认知蜂窝网中断性能

4．3．1 通用表达式推导

4．3．2 衰落信道中断性能推导

4．4 多天线认知蜂窝网中断性能

4．4．1 MIMO系统模型

4．4．2 MIMO信干比与信道容量关系研究

4．4．3 MIMO系统中断性能

4．5 认知蜂窝网络功率与认知频谱关系研究

4．5．1 中断性能近似式

4．5．2 认知蜂窝网络功率-频谱关系分析

4．6 性能仿真与分析

4．6．1 认知蜂窝网络下行链路系统性能

4．6．2 认知蜂窝网络功率与认知带宽关系研究

4．7 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本论文工作总结

5．2 后期工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及所做工作