基于协作的抗干扰频谱接入方法

摘要

近年来，由于固定式的频谱分配使得现有的无线频谱利用率很低。美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）的一项调查表明，实际分配给授权用户的频谱在广阔的时间和空间上并未被充分利用，现有的授权频谱的利用率只有15％-85％。认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术被视为一种最具有潜力的提高频谱利用率的手段，它通过在保持一定干扰限制的情况下，接入主系统的授权频谱发送信息。但在现有的认知无线电共存式频谱接入技术中，授权用户和认知用户之间存在互相干扰的问题，而且认知用户只有在授权用户信道条件较好的情况下才能接入授权用户的频谱。协作分集技术作为一种空间分集技术，可以对抗无线链路中的路径衰弱影响，从而被视为是增强系统覆盖范围和提高链路的可靠性的重要技术。本文以认知无线电共存式频谱接入方法为背景，结合利用协作分集技术，解决授权用户和认知用户之间的干扰，以及认知用户只有在授权用户信道条件较好的情况下才能接入授权用户频谱的问题，进一步提高频谱资源的利用率。本文的主要工作和成果如下: (1)在平坦衰落信道下，我们提出了三种基于解码转发（Decode-and-Forward, DF）协作的抗干扰频谱接入方法，来解决现有共存式频谱接入方法中授权用户和认知用户之间互相干扰且频谱资源利用率不高的问题。在我们所提的方法中，认知用户接入授权用户的频谱后，分别利用不同的带宽发送授权用户和自己的信息，授权用户和认知用户之间就不会产生干扰。三种方法主要通过不同的资源优化算法来使得保证授权用户达到目标速率的情况下最大化认知用户的传输速率。其中认知用户作为主系统的一个DF中继，利用一部分资源协助转发授权用户的信息，帮助其达到目标速率;利用剩余的资源发送自己的信息。仿真结果表明，当授权用户的信道条件不好时，通过我们所提的三种方案，不仅授权用户的性能得到了改善，认知用户也能够获得频谱接入的机会，得到一定的传输速率，从而获得双方互赢的效果。 (2)在频率选择性衰落信道下，我们提出了一种基于正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OFDM)协作的全双工(Full-Duplex，FD)抗干扰频谱接入方法。在该方法中，认知用户接入授权用户的频谱后，分别利用不同的子载波发送授权用户和自己的信息，从而有效解决授权用户和认知用户之间的干扰问题。具体来说，认知用户作为主系统的一个DF中继，通过分配一部分子载波转发授权用户的信息帮助主系统达到目标速率。作为回报，认知系统可以利用另外一部分子载波在两个时隙中发送自己的信息。我们在保证主系统速率能够达到目标速率的情况下，以最大化认知系统传输速率为目标，对子载波和功率分配进行了联合优化。仿真结果表明，这种频谱接入方法可以使主系统和认知系统双方都获益。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 认知无线电发展历史及现状

1．2．2 协作分集发展历史及现状

1．3 论文主要工作和章节安排

第2章 关键技术介绍

2．1 认知无线电技术介绍

2．1．1 认知无线电系统的基本功能模块

2．1．2 认知无线电关键技术介绍

2．2 协作分集技术介绍

2．2．1 协作分集的分类

2．2．2 协作通信协议

2．3 本章小结

第3章 平坦衰落信道下的抗干扰频谱接入方法

3．1 引言

3．2 基于最优带宽分配的频谱接入方法

3．2．1 系统模型

3．2．2 基于带宽分配的频谱接入方法

3．2．3 带宽分配仿真分析

3．3 基于带宽和时间联合优化的频谱接入方法

3．3．1 主系统和认知系统的速率

3．3．2 带宽和时间联合优化

3．3．3 时间和带宽联合分配仿真分析

3．4 基于全双工的带宽分配频谱接入方法

3．4．1 系统模型

3．4．2 基于全双工的带宽分配频谱接入方法

3．4．3 全双工带宽分配仿真分析

3．5 本章小结

第4章 基于OFDM协作的全双工频谱接入方法

4．1 引言

4．2 系统模型

4．3 认知用户选择和性能分析

4．3．1 认知用户的选择

4．3．2 性能分析

4．4 最优资源分配

4．5 仿真结果分析

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

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