基于OFDM双向协作的频谱接入方法研究

摘要

随着通信技术的不断发展，无线通信逐渐在人们的日常生活中占据越来越重要的地位。然而，不断增长的频谱需求和有限的频谱资源之间的矛盾成为制约无线通信技术发展的重要原因之一，从而寻求一种有效提高无线频谱资源利用率的技术成为了现今无线通信发展的重要目标。认知无线电作为一种能够有效提高频谱资源利用率的新型技术吸引了国内外研究者的密切关注，并且协作通信作为一种增强系统覆盖范围和提高链路可靠性的重要技术，常被应用于认知无线电中。在现有的共存式频谱接入方法中，授权用户和认知用户使用相同的带宽发送信息从而互相干扰。因此，本文在认知无线电背景下，研究具有更高频谱效率的双向协作频谱接入方法，利用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术解决授权用户与认知用户之间的干扰问题，并对资源分配问题展开分析，主要工作和成果如下:
　　(1)针对认知双向协作通信中授权用户和认知用户之间的干扰问题，本文首先提出了一种基于OFDM双向解码转发协作的认知系统单向传输频谱接入方法。该方法中认知用户在第二个时隙使用不同的子载波分别发送授权用户和认知用户的信息，从而消除用户之间的干扰。在保证授权用户都能达到目标速率的情况下，对子载波和功率分配进行了联合优化，从而最大化认知用户传输速率。仿真结果显示，该方法可以使授权系统和认知系统双方的通信性能都获得提高。为进一步提高频谱利用率，提出了一种基于OFDM双向解码转发协作的认知系统双向传输频谱接入方法，即在第一个时隙，授权用户使用一部分子载波发送自己的信息，剩余的子载波将被用于发送认知用户的信息，从而授权系统和认知系统都可以获得双向传输。仿真结果显示，相比较于单向传输，该方法具有更好的性能改善。
　　(2)针对授权用户在认知系统的信息安全问题，提出了一种基于OFDM双向放大转发协作的频谱接入方法。在所提方法中，认知用户在第二个时隙使用一部分子载波放大转发授权用户的信息，并利用剩余的子载波发送自己的信息，从而消除授权用户和认知用户之间存在的干扰。该方法在保证授权系统达到目标速率的情况下，通过最优子载波分配和配对算法，以及子载波上的功率优化分配，最大化认知系统的传输速率。仿真结果显示，该方法不仅保障了授权用户在认知系统的信息安全和系统通信性能，认知系统也从中获得了益处。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外发展及研究现状

1．2．1 认知无线电发展历史及研究现状

1．2．2 协作通信发展历史及研究现状

1．3 论文主要工作和章节安排

第2章 关键技术

2．1．1 分集技术

2．1．2 协作通信系统模型

2．1．3 协同方式

2．2 认知无线电关键技术

2．2．1 认知无线电概念及特征

2．2．2 认知无线电关键技术

2．3 正交频分复用技术

2．3．1 OFDM技术原理

2．3．2 基于OFDM的协作通信系统

2．4 本章小结

第3章 基于OFDM双向DF协作的频谱接入方法

3．1 引言

3．2 基于OFDM双向DF协作的认知系统单向传输频谱接入方法

3．2．1 系统模型

3．2．2 频谱接入方法描述与性能分析

3．2．3 最优资源分配

3．2．4 仿真结果分析

3．3 基于OFDM双向DF协作的认知系统双向传输频谱接入方法

3．3．1 系统模型

3．3．2 频谱接入方法描述与性能分析

3．3．3 最优资源分配

3．3．4 仿真结果分析

3．4 本章小结

第4章 基于OFDM双向AF协作的频谱接入方法

4．1 引言

4．2 系统模型

4．3 频谱接入方法描述与性能分析

4．4 资源分配

4．4．1 最优资源分配

4．4．2 对偶变量优化

4．4．3 资源分配优化

4．5 仿真结果分析

4．6 本章小结

第5章 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果