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频谱共享传输波形中的功率分配和信道选择研究

作　者: 李智
导　师: 王军
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 认知无线电 频谱共享 功率分配 正交频分复用 隐马尔科夫模型
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本文基于认知无线电系统，主要研究了频谱共享传输波形中的功率分配和信道选择。首先，介绍频谱共享传输波形研究的技术基础。阐述了无线通信中几类频谱共享策略，在此基础上基于频谱调制频谱编码（Spectrally Modulated, SpectrallyEncoded，SMSE）架构，阐释了将间插式（overlay）和重叠式（underlay）两种频谱共享模式结合的技术。介绍功率分配算法，特别是注水算法，其核心思想是将更多的功率分配给信道增益更好的子载波。在信噪比较低的情况下，采用注水算法可以极大地增加信道容量。在认知无线电（Cognitive Radio，CR）频谱共享传输波形的研究中引入前摄式（proactive）思想，用隐藏马尔科夫模型（HiddenMarkov Model，HMM）预测信道状态，阐述了HMM的相关技术背景。其次，本文针对基于正交频分复用（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM）的认知无线电系统，提出一种联合了overlay和underlay的混合式频谱共享模式，研究了共享模式中如何进行资源分配的问题。考虑CR用户对主用户的干扰约束和CR用户的发射功率限制，提出了一种最大化CR用户传输容量的OFDM子载波功率优化分配模型，并且证明了该优化模型为凸优化，从而可以方便求解优化的功率分配。通过理论分析和数值计算，进一步比较了overlay、underlay和混合式频谱共享模式容量。结果显示：相对于单纯overlay和underlay模式，混合模式可以提高CR用户系统的容量。最后，根据文献可将多种业务模型转换为ON-OFF模型，并在考虑了硬件平台引起的响应延迟的情况下，采用HMM对信道未来的占用情况进行预测，减少二级用户与主用户的碰撞，仿真显示，对比传统的能量检测，基于HMM的前摄式频谱检测碰撞概率更小。基于HMM的前摄式频谱分配的思想，利用HMM的预测信息，兼顾吞吐量最大化和公平性的原则，优化传输波形设计，为二级用户分配信道，仿真显示，对比传统的能量检测，基于HMM的前摄式频谱分配使得主用户和二级用户的合容量都得以提升，并且二级用户的公平性也得到了保证。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-13
缩略词表  13-14
符号表  14-15
第一章 绪论  15-20
  1.1 引言  15
  1.2 研究背景与意义  15-17
    1.2.1 认知无线电研究背景  15-16
    1.2.2 认知无线电中频谱共享传输波形的研究背景  16-17
    1.2.3 传输波形设计研究背景  17
  1.3 研究内容和创新  17-18
  1.4 本论文的结构安排  18-20
第二章 频谱共享传输波形设计基础  20-35
  2.1 引言  20
  2.2 频谱共享传输波形设计关键技术  20-24
  2.3 频谱共享传输波形设计基础中的功率分配  24-29
    2.3.1 传输信道模型  24-27
    2.3.2 频谱共享传输波形中的几种功率分配算法  27-29
  2.4 频谱共享传输波形设计基础中的信道选择  29-33
    2.4.1 引言  29-30
    2.4.2 隐马尔科夫模型基础  30-33
  2.5 本章小结  33-35
第三章 混合式频谱共享传输波形中的功率分配研究  35-51
  3.1 引言  35-36
  3.2 系统模型  36-41
  3.3 优化子载波分配算法模型求解  41-44
    3.3.1 模型分析  41-43
    3.3.2 算法流程  43-44
  3.4 讨论：不同频谱共享模式下传输容量  44-45
    3.4.1 overlay 模式 vs. 混合模式  44-45
    3.4.2 underlay 模式 vs. 混合模式  45
  3.5 仿真结果与分析  45-50
  3.6 本章小结  50-51
第四章 基于前摄式频谱共享的传输波形中的信道选择研究  51-74
  4.1 引言  51-52
  4.2 频谱感知的场景  52-54
    4.2.1 时隙结构  52
    4.2.2 响应延迟  52-54
  4.3 业务模型  54-55
  4.4 单用户的干扰检测与信道接入  55-64
    4.4.1 单用户的干扰检测  55-56
    4.4.2 单用户接入多信道  56-59
    4.4.3 模型仿真  59-64
  4.5 多用户的干扰检测与信道接入  64-73
    4.5.1 多用户的干扰检测  64-65
    4.5.2 多用户接入多信道  65-67
    4.5.3 模型仿真  67-73
  4.6 本章小结  73-74
第五章 全文总结及未来研究工作  74-76
  5.1 全文总结  74
  5.2 下一步研究建议  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-84
个人简历  84-85
攻读硕士学位期间研究成果  85-86
修改说明  86-89

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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