基于认知无线电的广播上行网络规划研究

摘要

伴随着通信技术的发展，广播网络同样在经历着变革与更新。下一代广播网络将具有超高清广播、鲁棒性传输和支持交互性业务的特点。为了更好地满足用户的需求，美国ATSC3.0(Advanced Television Systems Committee3.0)标准制定委员会向全球征集未来广播网络的实现技术方案。目前，关于广播专用上行网络的物理层、MAC层提案已获得支持，而专用上行网络系统应用工作刚刚开始展开。本文主要对此进行研究。
　　为了不影响原有的广播下行业务，广播上行网络需要与下行网络使用不同的频段。由于整个无线频谱资源日益紧缺，为广播上行网络分配额外的频谱资源将影响其它无线通信业务，因此使用广播白频谱资源作为上行网络的频段资源将是一种非常有效的方案。
　　本文首先从宏观的网络规划角度出发，采取链路预算的方法分析可用白频谱资源，并以上海为例，分析了使用白频谱作为上行网络频谱的可行性。同时，为了控制上行网络与下行网络之间的干扰，本文给出了一种基于着色理论的频谱资源分配方法。与现有的频谱资源分配方法相比，该方法在进行频谱规划时充分考虑了广播网络中的同频干扰控制问题，在网络规划阶段避免了同频小区相距过近的问题。为了确保广播上行网络可以与其它认知无线网络共存，本文提出一种频谱礼仪策略，该策略通过预留一部分频段资源，实现不同网络之间的协作，确保广播上行网络与其它认知无线电网络可以共享同一段频谱资源。
　　另一方面，本文提出了一种通过中继基站的白频谱专用上行系统网络架构，并将白频谱的使用约束条件纳入到规划建模之中，研究广播上行网络的小区基站规划问题。该问题属于NP问题，无法通过数学解析式的形式获得最优解。本文研究了两种迭代寻找近似最优解的方法。一种为具有选择性的粒子群算法(Particle Swarm Optimization Algorithm，PSO)，本文通过仿真给出了粒子群算法中参数的最优设置。另一种为蚁狮算法(Ant Lion Optimizer，ALO)，本文将该方法应用于网络规划问题，并改进了搜索方向的选择，通过仿真验证了该方法在不同场景下的可行性。
　　本文研究表明，基于白频谱的专用上行网络不会对原下行网络产生严重干扰，可以与广播下行网络或其它认知无线电网络共存，对于我国未来的频谱规划工作具有重要参考意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2论文的主要工作与成果

1.3论文的主要内容与章节安排

第二章 广播上行网络设计

2.1引言

2.2上行网络物理层提案

2.3广播上行网络架构

2.4认知无线电研究进展

2.5频谱规划的研究进展

2.6小区规划的研究进展

2.7本章小结

第三章 白频谱资源规划

3.1引言

3.2广播白频谱分布

3.3频谱资源分配

3.4频谱礼仪

3.5本章小结

第四章 上行网络小区规划

4.1引言

4.2网络规划建模

4.3网络规划方法

4.4仿真验证

4.5本章小结

第五章 结束语

5.1主要工作与创新点

5.2后续研究工作

参考文献

附录1

附录2

附录3

附录4

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

攻读硕士学位期间参与的项目