認知無線網(wǎng)絡的容量分析及QoS性能研究.pdf

1、隨著無線通信技術的迅猛發(fā)展，可利用的頻譜資源正變得越來越匱乏，然而另一方面，在現(xiàn)有的固定頻譜分配制度下，已分配的授權用戶頻段內(nèi)卻存在著大量的空閑頻譜。認知無線網(wǎng)絡作為解決這一頻譜利用率低下問題的關鍵技術成為了近十年來無線通信領域的一個研究熱點。
　　本文以信息論、排隊論和滲透理論為主要工具著重研究了認知無線網(wǎng)絡的容量和服務等級（Quality-of-Service，QoS）性能。其中容量部分包括考慮授權用戶信號變化影響的小型認知無

2、線網(wǎng)絡的容量分析、基于時延QoS限制的有效容量分析和大型ad hoc交織式（interweave）認知無線網(wǎng)絡的容量尺度規(guī)律分析；而QoS性能部分則研究了集中式認知無線網(wǎng)絡的主要性能參數(shù)。全文的主要內(nèi)容和貢獻如下：
　　第一章介紹了論文的工作背景，綜述了認知無線網(wǎng)絡的發(fā)展與現(xiàn)狀，并詳細介紹了認知無線網(wǎng)絡容量領域的研究進展，列出了本文的工作意義和內(nèi)容。
　　第二章研究了單認知用戶和單授權用戶共存的小型認知無線網(wǎng)絡的容量問題。和

3、現(xiàn)有的研究假設認知用戶兩次感知間歇期間授權用戶的活躍性不發(fā)生變化不同，本文考慮了授權用戶在這段時間內(nèi)發(fā)起或結束通信對系統(tǒng)容量造成的影響，并建立了相應的分析模型。通過推導，揭示了認知用戶的容量、感知周期、授權用戶活躍程度之間的關系，其結果可以作為認知用戶幀結構設計的理論依據(jù)。此外第二章還從排隊論的角度分析了突發(fā)通信和泊松流兩種業(yè)務下系統(tǒng)的分組傳輸時延，其結果可作為不同業(yè)務認知用戶選擇接入信道的參考。在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中，用戶的通信都是在確

4、保一定QoS的條件下進行的。為此，第二章還研究了認知無線網(wǎng)絡在時延受限條件下的容量，即用戶的有效容量。與現(xiàn)有文獻主要針對認知用戶收發(fā)端均具有完美信道邊信息不同，本文將考慮認知用戶只在發(fā)送端進行信道感知的情形。通過數(shù)學分析，得到了有效容量與時延限制以及感知時間之間的關系，并提供了一種QoS限制下分析用戶性能的方法。
　　大型ad hoc認知無線網(wǎng)絡的容量也是近期的研究熱點之一，目前對此類問題的研究集中在采用下墊式（under lay

5、）認知模式的網(wǎng)絡中，而對采用交織式認知模式的網(wǎng)絡容量的研究則集中在單認知用戶和單授權用戶的小型網(wǎng)絡中。為此，第三章推導了ad hoc交織式認知無線網(wǎng)絡的容量，從而把現(xiàn)有對交織式網(wǎng)絡容量的研究從小型認知無線網(wǎng)絡擴展到了大型的認知無線網(wǎng)絡。通過構建輔助網(wǎng)絡我們得到了授權用戶和認知用戶的容量上界；為了計算容量下界我們利用滲透理論設計了一個協(xié)同傳輸機制，通過計算發(fā)現(xiàn)利用設計的機制，授權和認知用戶的容量下界和上界一致，從而得到了用戶的容量尺度規(guī)律

6、。研究結果表明授權用戶可以通過與認知用戶的協(xié)同獲得比單獨使用頻譜更大的容量。這將可能會成為授權用戶與認知用戶分享頻譜資源的重要動力之一。
　　第四章給出了研究集中式認知無線網(wǎng)絡主要QoS性能參數(shù)的分析模型。和現(xiàn)有的研究相比，該模型考慮了認知用戶的感知差錯以及多信道接入和切換過程對系統(tǒng)性能的影響，因而更貼近實際。利用該模型我們推導了集中式認知無線網(wǎng)絡的一些重要QoS參數(shù)指標，例如：授權和認知業(yè)務的阻塞率、中斷率以及認知無線網(wǎng)絡的頻譜