基于多维空间的频谱感知及其在LTE双层网络中的应用

摘要

频谱感知技术能够有效地提高频谱利用率，是实现智能化频谱接入的基础;长期演进(Long Term Evolution，LTE)双层网络中的毫微微小区（femtocell）和宏小区(macrocell)使用共同的频谱，如不采取特别措施将会带来严重的相互干扰。频谱感知可以在时间、空间、频率组成的多维空间上寻找可以利用的频谱资源，将其应用于第4代移动通信系统(The Fourth Generation，4G) LTE双层网络正引起国内外研究机构和学者们的极大关注。为此，本学位论文深入研究基于多维空间的频谱感知技术并将其应用到LTE双层网络，利用频谱感知来让femtocell在多维空间中寻找频谱资源，实现智能化的接入，避免对marocell产生干扰。
　　论文的主要研究工作如下:
　　(1)基于空间位置信息的频谱感知
　　提出一种基于空间位置信息的协同频谱感知两步算法，该算法的核心是认知用户利用空间位置信息，来判断是否允许接入主用户的频谱。该算法主要包含两部分内容:1）一种多个认知用户协作的两步融合频谱感知方案，在认知用户间采用硬合并的方法进行协同感知;2）认知用户在对主用户信号的检测过程中，同时推导出认知用户和主用户的相对空间位置信息，以空间位置信息和主用户信号存在信息为基础，来判断认知用户是否接入频谱，以改善频谱感知方法的性能。
　　(2) LTE TDD系统中femtocell的双向频谱感知以及混合频谱接入
　　提出一种LTE TDD系统中femtocell的双向频谱感知和overlay和underlay混合式频谱接入算法。首先给出LTE TDD系统中femtocell和macrocell使用频谱的网络结构，接着论述该双向感知算法的主感知和辅助感知这两个过程;基于双向感知得到的信息，femtocell可以灵活地以overlay方式或underlay方式与macrocell共享频谱。仿真结果表明，在控制femtocell对macrocell干扰的前提下，所提算法提升了femtocell的吞吐量，提高了频谱的有效利用率。
　　(3) LTE FDD系统中femtocell基于业务类型判断的频谱感知和频谱接入
　　提出一种LTE FDD系统中femtocell基于业务类型判断的频谱感知和频谱接入算法。该算法频谱感知的核心是通过对宏小区用户ACK信息和数据信息的检测来判断其下行频谱使用情况，同时识别该宏小区用户的业务类型，算法中考虑了宏小区用户的话音和数据这两种基本业务，利用不同业务在上、下行的频谱占用特点来判断其类型;在频谱感知的基础上，femtoeell基于业务类型的判断来确定是采用跳频还是功率控制方式接入频谱，当宏小区用户的业务类型是话音时，femtocell采用前者，否则采用后者。仿真结果表明，在对macrocell的干扰约束限制下，所提算法提升了femtocell的吞吐量。
　　(4) LTE FDD系统中femtocell基于感知周期优化的频谱感知
　　提出一种LTE FDD系统中femtocell基于感知周期优化的频谱感知算法。该算法主要包含两部分内容:1）以检测出femtocell范围内的宏小区用户为目标，采用基于LTE双层网络拓扑结构的频谱感知方法;2）基于宏小区用户承载的业务类型，动态调整频谱感知周期。仿真结果表明，该算法在控制对宏小区用户的干扰和控制感知能量开销的情况下，提高了femtocell的吞吐量。

目录

声明

摘要

图目录

表目录

缩略语

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 LTE双层网络的干扰协调方法研究

1．2．2 频谱感知研究

1．2．3 频谱接入研究

1．3 论文主要研究工作

1．4 本论文章节安排

第2章 LTE双层网络概述

2．1 LTE概述

2．1．1 LTE技术要点

2．1．2 网络结构

2．1．3 LTE系统频谱资源分配特点

2．1．4 LTE系统的HARQ机制

2．2 LTE Femtocell双层网络概述

2．2．1 Femtocell及其应用场景

2．2．2 Femtocell的网络架构

2．2．3 Femtocell的接入方式

2．2．4 Femtocell与Macrocell的互相干扰

2．3 本章小结

第3章 基于空间位置的频谱感知算法

3．1 引言

3．2 网络架构和系统模型

3．3 基于位置信息的频谱感知

3．4 性能分析及仿真结果

3．5 本章小结

第4章 LTE TDD系统中Femtocell的双向频谱感知方法以及混合频谱接入方法

4．1 引言

4．2 系统模型

4．2．1 LTE TDD网络结构

4．2．2 单节点感知模型

4．3 双向频谱感知方法

4．4 混合频谱接入方法与性能分析

4．4．1 混合频谱接入方法

4．4．2 性能分析

4．5 仿真结果与分析

4．5．1 仿真模型与参数设置

4．5．2 仿真结果分析

4．6 本章小结

第5章 LTE FDD系统中Femtocell基于业务类型判断的频谱感知方法和频谱接入方法

5．1 引言

5．2 网络模型和系统架构

5．3 基于上行ACK信号的频谱感知和业务类型判断

5．4 基于业务类型判断的混合式频谱接入

5．5 算法性能分析

5．6 仿真结果与分析

5．6．1 仿真模型与参数设置

5．6．2 仿真结果分析

5．7 本章小结

第6章 LTE FDD系统中Femtocell基于感知周期优化的频谱感知方法

6．1 引言

6．2 网络模型和系统架构

6．3 感知方法及感知周期优化

6．3．1 基于LTE双层网络拓扑结构的频谱感知

6．3．2 基于业务类型判断的感知周期优化

6．4 仿真结果与分析

6．4．1 仿真模型与参数设置

6．4．2 仿真结果分析

6．5 本章小结

第7章 总结和展望

7．1 主要研究成果

7．2 有待进一步解决的问题

致谢

参考文献

攻读博士学位期间的主要成果