基于OFDMA的认知与中继系统子载波及功率分配

摘要

进入21世纪以来，认知无线电技术成为一个无线通信领域的新兴热点。它是一种智能的频谱共享技术，非授权用户通过频谱感知伺机的占用授权用户遗留出来的空闲频谱，有效地改善了传统的固定频谱分配方式带来的弊端，可以更加高效合理的利用频谱资源，这在一定程度上缓解了频谱资源紧张的问题。在认知网络中引入中继，是一种全新的尝试，传统的蜂窝中继系统在无线网络拓扑结构的设计上取得了巨大的成功，中继的引入能有效的提高系统的频谱效率。主要研究内容包括：
　　 ㈡首先介绍了认知无线电及认知中继的概念和特点，然后提出了在认知网络中引入合作中继的场景，重点研究了子载波分配及功率分配等问题；另外本文还讨论了多用户在上行接入中继网络中的载波分配问题，最后给出了认知收发终端具体实现的基于OFDMA的软件无线电硬件平台设计。
　　 首⑵研究了如何利用中继提高现有的认知网络中非授权用户的传输性能。一般的中继协作机制既可以用在认知网络中授权用户的传输也可以用在非授权用户的传输上，本文的研究着重讨论了在非授权用户中合作中继技术发挥的作用，网络模型中考虑了多个认知用户收发对，在与授权用户并存的网络中，如何利用中继解决认知用户收发两端由于认知能力不均衡而导致的感知到的空闲频谱利用不足的问题，从而提高整个系统的传输性能，重点讨论了其中的子载波和比特功率分配的问题。同时，具有中继的认知系统，在链路建立和同步上具有很大优势，并能有效的解决隐藏终端等问题。
　　 ⑶对于多用户上行的中继网络中的子载波分配问题做了分析和研究，研究了该网络工作的具体流程，提出了一种低复杂度的基于用户权重因子排序的方法来进行子载波分配，用户的权重因子考虑到了用户队长和等待时间等因素。对于中继站与基站之间的子载波分配问题，提出了速率差最小的优化问题，并给出了该优化问题的一种简单可行的启发式算法。
　　 ⑷正交频分复用OFDM技术是下一代无线通信的主流技术，是目前公认的易于实现频谱资源控制的传输技术，可以通过灵活的频率组合或裁剪，实现频谱资源的有效利用，由于这些优点，OFDM技术在认知无线电领域得到了广泛的应用，成为接入频率复用和调制的首选技术。因此，本文的研究都是基于正交频分多址接入(OFDMA)的系统。认知用户通过OFDMA的多址接入和调制方式可以更有效的动态利用频谱资源，本文的研究最终实现是依靠软件无线电平台(SDR)，因此在文章最后，本文给出了实现认知网络终端硬件平台的具体架构。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 认知无线通信技术

1.2.1 认知无线电的发展历程

1.2.2 认知无线电的研究现状

1.2.3 认知无线电的关键技术

1.3 中继技术

1.3.1 蜂窝网络中继系统

1.3.2 认知网络中的中继协作

1.4 OFDMA技术及其载波功率分配

1.4.1 OFDM与OFDMA技术

1.4.2 子载波和功率分配

1.5 论文的主要内容和结构安排

第二章 基于OFDMA的认知网络中继研究

2.1 认知中继背景介绍及研究动机

2.2 网络模型

2.3 系统模型

2.4 基于认知OFDMA的中继站功率受限的最大化系统吞吐量问题

2.4.1 子载波的优化分配问题

2.4.2 该场景下功率的优化分配问题讨论

2.5 性能及仿真分析

2.5.1 系统空闲子载波数目

2.5.2 认知用户与认知中继节点的空闲子载波集合

2.5.3 仿真结果说明

2.6 该场景下系统的工作流程

2.7 优点讨论

2.8 本章小结

第三章 基于OFDMA的中继网络子载波分配算法研究

3.1 研究背景和动机

3.2 相关研究工作

3.3 系统模型

3.3.1 系统工作流程

3.3.2 问题的导出

3.4 启发式算法

3.5 对比和仿真分析

3.6 本章小结

第四章 基于认知OFDMA系统的软件无线电平台设计

4.1 软件无线电概述

4.2 基于OFDMA的认知无线系统收发终端结构

4.2.1 发送端基本结构

4.2.2 接收端基本结构

4.3 平台的硬件架构

4.3.1 基带部分硬件结构

4.3.2 射频部分硬件结构

4.4 FPGA的数据接口应用

4.4.1 与PowerPC相连的PCI总线接口

4.4.2 与DSP相连的linkport接口

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

作者简历、攻读硕士期间参研项目及研究成果