天线选择认知无线电系统优化实现和性能分析

摘要

随着无线通信业务需求的快速增长,可用频谱资源越来越短缺。然而调研发现已分配的频谱资源存在不同程度的空闲,造成频谱资源表面短缺的原因是静态无线频谱管理方式。于是人们提出了智能地动态频谱共享技术—认知无线电。
　　认知无线电技术将连续不断地感知外部环境的各种信息,并且对这些信息进行分析、学习和判断,然后在保证不会对授权用户造成有害干扰的前提下,选择合适的工作参数,实现任何时间任何地点的高度可靠通信和频谱的有效利用。
　　目前对认知无线电的研究工作主要从频谱感知、动态频谱管理、功率控制以及认知无线电和现有通信技术的融合等方面展开。一般采用博弈论、信息论以及各类优化理论等方法来解决其中的问题,获得了丰富的成果。
　　认知无线电的目的是提高频谱利用率,现有无线通信技术中的多天线技术也能在一定程度上提高频谱利用率,将二者结合无疑将会收到事半功倍的效果。本文将多天线技术引入到认知无线电系统中,做了以下几个部分的工作:
　　(1)针对模型中得到的优化问题的一般性特点设计了相应的优化算法。
　　(2)固定发射功率认知无线电系统的发射天线选择研究。将多天线技术引入到固定功率认知无线电系统中,依据提出的发射天线选择准则,通过数学推导得到系统信道容量和误码率的数学表达式。仿真验证了理论结果的正确性,同时仿真和理论结果表明系统存在一个最优发射功率使得系统性能最优,利用给出的优化算法得到最优发射功率,另外还考察了认知用户发射端分别到主用户和认知用户的距离比的变化对系统性能和最优发射功率产生的影响。
　　(3)联合天线选择和用户调度的固定功率的认知无线电系统性能分析。将多天线技术和用户调度技术引入到固定功率认知无线电系统中,依据提出的发射天线选择准则,通过数学推导,得到系统信道容量和误码率的数学表达式。仿真验证了理论结果的正确性,同时仿真和理论结果表明系统存在一个最优发射功率使得系统性能最优,利用给出的优化算法得到最优发射功率,另外还考察了用户数的变化对系统性能和最优发射功率产生的影响。
　　(4)结合天线选择的可变功率认知无线电系统性能分析。将多天线技术引入到可变功率认知无线电系统中,依据提出的发射天线选择准则,通过数学推导得到系统信道容量、误码率以及中断概率的数学表达式,仿真验证了理论结果的正确性,并利用仿真和理论结果分析了最大发射功率以及天线数的变化对系统信道容量和误码率的影响,以及干扰门限和天线数的变化对系统中断概率的影响。
　　总之,我们建立了认知无线电系统中更加实际的数学模型,推导出系统信道容量和误码率的数学表达式,分析了系统中各参数对系统性能的影响,并设计出优化算法得到了最优发射参数,优化了系统性能。

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第一章 绪论

§1.1认知无线电研究背景

§1.2认知无线电定义

§1.3认知无线电系统面临的主要问题和解决手段

§1.4认知无线电国内外研究现状

§1.5本文主要研究内容及创新点

第二章 预备知识

§2.1认知无线电关键技术

§2.2天线、用户选择技术

§2.3优化算法

第三章 固定发射功率认知无线电系统的发射天线选择研究

§3.1系统模型

§3.2天线选择

§3.3系统性能分析

§3.4仿真结果和讨论

§3. 5系统性能优化

第四章 联合天线选择和用户调度的固定功率认知无线电系统性能分析

§4.1系统模型

§4.2天线选择和用户调度

§4.3系统性能分析

§4.4仿真结果和讨论

§4.5系统性能优化

第五章 结合发射天线选择的可变功率认知无线电系统性能分析

§5.1系统模型

§5.2天线选择

§5.3系统性能分析

§5.4仿真结果和讨论

第六章 总结

参考文献

附录一 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢