認(rèn)知無線電技術(shù)及其在超寬帶中的應(yīng)用.pdf

1、認(rèn)知無線電（cognitiveradio）技術(shù)，被認(rèn)為是一種具有環(huán)境交互能力的靈活的無線電通信技術(shù)。它不僅能夠有效的解決無線頻譜資源日益缺乏的問題，而且提出了一個新的無線頻譜使用范式，即通過頻譜檢測，選擇最適合的通信參數(shù)，從而在保證不對授權(quán)用戶產(chǎn)生有害干擾的前提下，利用授權(quán)頻帶中出現(xiàn)的頻譜通信機會。這種新的通信范式給認(rèn)知無線電技術(shù)提出了全新的問題和挑戰(zhàn)。它們涉及物理層、MAC層甚至更高層，而且很可能需要進行跨層的聯(lián)合設(shè)計。本文從頻譜檢測

2、、動態(tài)頻譜接入管理、認(rèn)知通信功率控制三個方面對認(rèn)知無線電技術(shù)進行研究。
　　 本文首先研究了頻譜檢測的魯棒性問題。假設(shè)認(rèn)知用戶的檢測器需要工作在極低的信噪比條件下。此時，檢測器性能容易受到信道不確定性和噪聲不確定性的影響。為了提高檢測結(jié)果的魯棒性，文章提出了基于自相關(guān)比的檢測方法。假設(shè)檢測的授權(quán)信號為CP-OFDM，自相關(guān)比統(tǒng)計檢測量利用授權(quán)信號的時域統(tǒng)計特征構(gòu)造。由于無需對噪聲功率進行估計，因而避免了低信噪比條件下的噪聲不確定

3、問題。為了提高CP-OFDM信號的檢測性能，提出了一種簡單的改進方案。該方案利用接收信號的多徑特征。為了克服信道不確定性的影響，研究了多用戶合作檢測，并提出了一種新的多用戶合作檢測方案。每個合作者將本地采樣頻譜數(shù)據(jù)進行信號處理，中心節(jié)點收集這些處理后的數(shù)據(jù)并生成全局統(tǒng)計量。結(jié)果表明，通過多徑分集和多用戶合作，能夠有效的提高CP-OFDM信號的檢測性能。若授權(quán)用戶的發(fā)送信號非CP-OFDM格式，或認(rèn)知用戶無法預(yù)知，則自相關(guān)比檢測無法利用發(fā)

4、送信號的時域統(tǒng)計特征。為了解決這個問題，文章提出了一種盲多徑分集檢測算法。該算法不需要假定發(fā)送信號的類型，只利用接收信號的多徑特征用于分集檢測，并且自適應(yīng)的選擇多徑分集的階數(shù)。因而在未知而可變的無線環(huán)境中能夠保持檢測性能的魯棒性。進而，文章提出了一種基于多天線的盲多徑分集檢測算法。仿真結(jié)果表明，獨立的多天線接收能帶來明顯的檢測分集增益。通過與能量檢測器比較可以看出，本文提出的算法能夠達到甚至超過理想的能量檢測器的性能。
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5、章接著研究了認(rèn)知用戶的動態(tài)頻譜接入控制問題。假設(shè)授權(quán)用戶的頻譜使用過程建模成兩狀態(tài)馬爾科夫生滅過程。認(rèn)知用戶根據(jù)自身的檢測結(jié)果決定在授權(quán)頻帶的行為策略，以保證在不超過授權(quán)用戶的干擾功率門限的前提下，最大限度的提高自身的傳輸效率。文章提出了一種非周期的頻譜檢測方案，并與周期頻譜檢測方案進行了對比和分析。在該方案中，通過檢測歷史記錄的簡單利用，認(rèn)知用戶實現(xiàn)了對傳輸時間的動態(tài)控制。我們給出了頻譜檢測和頻譜接入的聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計模型。通過數(shù)值和Mo

6、nteCarlo仿真方法，證明了動態(tài)傳輸周期控制能夠獲得比恒定傳輸周期方案更高的信息傳輸率。文章研究了認(rèn)知無線電的能量效率，仿真結(jié)果顯示，本文提出動態(tài)傳輸周期控制方案能獲得比恒定傳輸周期方案更高的能量效率。最后，文章研究了在傳輸幀長可變條件下的認(rèn)知用戶最優(yōu)發(fā)射功率控制問題。提出了一種簡單的動態(tài)功率發(fā)送方案。仿真結(jié)果表明，在相同的發(fā)射功耗條件下，該方案能夠進一步的提高認(rèn)知用戶的平均信息傳輸速率，并降低對授權(quán)用戶的干擾。
　　 文章

7、最后研究了認(rèn)知OFDM超寬帶的子載波功率控制問題。假設(shè)超寬帶頻帶內(nèi)有多個活動的授權(quán)用戶，他們分別占據(jù)不同的頻帶。認(rèn)知超寬帶采用頻譜正交的方式與帶內(nèi)的授權(quán)用戶進行頻譜共享。假定每個授權(quán)用戶有不同的干擾功率容限，認(rèn)知OFDM超寬帶的子載波功率分配問題被建模成多約束的凸優(yōu)化問題。文章給出了最優(yōu)解滿足的條件。由于其求解過程復(fù)雜，運算量大，文章提出了一種基于導(dǎo)數(shù)的次優(yōu)算法。文章分別針對單用戶和多用戶干擾約束進行了仿真。結(jié)果表明，該次優(yōu)算法能夠獲得