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基于分级频谱共享的动态频谱接入技术研究

作 者: 王犇
导 师: 张英海
学 校: 北京邮电大学
专 业: 电子科学与技术
关键词: 认知无线电 动态频谱接入 分级频谱共享 机会频谱接入
分类号: TN925
类 型: 博士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


伴随着无线通信技术的发展,无线通信系统承载的数据量迅速增长,频谱资源紧张的问题日益突出。要解决这个问题,必须从频谱资源的利用效率着手,通过提高频谱利用率,使得有限的频谱资源能够承载更多的数据,从而满足日益增长的数据传输需求。动态频谱接入是提高频谱利用效率的重要手段。动态频谱接入通过改变静态的频谱管理方式,允许无线通信系统共享频谱资源,提升频谱资源的利用效率。动态频谱接入的核心技术是认知无线电技术。本文的研究主要围绕分级频谱共享模型下的动态频谱接入技术展开,研究了认知无线电频谱感知、频谱分析与决策以及频谱分配三个技术领域。1.频谱感知在频谱感知领域,本文围绕认知无线电协作感知中的决策融合技术展开研究,着眼于解决融合中心(FC)对检测节点检测可靠性的估计问题。本文提出了一种基于检测可靠性统计的协作感知机制。在该机制中,FC通过概率统计的方式估算各个检测节点的检测可靠性,并按照可靠性估计的结果在决策融合中对各个检测节点的本地决策结果进行合并。与现有研究的方案相比,本文所提出的方案优势在于不需要FC与检测节点进行额外的数据交互,各个检测节点的可靠程度完全由FC通过统计分析获得。2.频谱分析与决策在频谱分析与决策领域,本文研究了频谱空洞的时域统计特征,着眼于解决主系统信道占用的时域统计预测问题。本文提出了一种分级频谱共享模型下的频谱占用动态预测机制。该机制采用马尔科夫链瞬态分布分析主系统信道的时域统计特性,并预测主系统未来的信道占用情况。与现有研究相比,本文提出的技术方案利用马尔科夫链瞬态分布对主系统状态进行预测,考虑了排队过程的始状态对结果的影响,预测结果更为可靠。3.频谱分配在频谱分配领域,本文针对集中式认知无线电网络中非主-从协作下的完全受限功率控制展开研究。针对集中式网络功率控制中的小区间的干扰问题,本文提出了一种基于异步搜索的下行功率控制机制。在该机制中,各个基站分别以全局信道容量最优化为目标进行本地功率控制,这样就能够保证每次功率调整都是在容量多维曲面上沿着梯度上升方向的搜索,最终能够使得信道容量趋近于局部最优点。与现有研究的方案相比,本文所提出的方案在提高从系统吞吐量的同时,降低了从系统基站的平均发射功率,降低了从系统对主系统的干扰。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-21
  1.1 研究背景  11-16
    1.1.1 传统的频谱效率提升技术  11-12
    1.1.2 动态频谱接入  12-14
    1.1.3 认知无线电  14-16
  1.2 论文的主要研究内容  16-17
  1.3 论文的组织结构  17-18
  1.4 本章小结  18-19
  参考文献  19-21
第二章 分级频谱共享模型下的动态频谱接入技术  21-37
  2.1 动态频谱接入  21-27
    2.1.1 动态频谱接入的模型  21-25
    2.1.2 动态频谱接入的已有研究  25-27
  2.2 分级频谱共享模型  27-33
    2.2.1 分级频谱共享模型概述  27-29
    2.2.2 分级频谱共享中的认知无线电关键技术  29-33
  2.3 小结  33-34
  参考文献  34-37
第三章 认知无线电协作感知中的决策融合技术研究  37-68
  3.1 协作感知中的决策融合  37-43
    3.1.1 认知无线电中的协作感知技术  37-38
    3.1.2 协作感知的信息融合方式  38-40
    3.1.3 决策融合已有研究进展  40-42
    3.1.4 现有研究存在的问题  42-43
  3.2 基于本地检测可靠性的决策融合机制研究  43-55
    3.2.1 系统模型  43-47
    3.2.2 最优决策融合分析  47-49
    3.2.3 检测节点的可靠性估计  49-53
    3.2.4 基于检测可靠性统计的协作感知机制设计  53-55
  3.3 仿真结果与性能分析  55-62
    3.3.1 仿真设计  56-57
    3.3.2 仿真结果及分析  57-62
  3.4 小结  62-64
  参考文献  64-68
第四章 基于时域统计特征分析的频谱分析与决策技术研究  68-92
  4.1 分级频谱共享下的频谱空洞的时域统计特征分析  68-73
    4.1.1 频谱空洞的时域统计特征  68-69
    4.1.2 频谱空洞时域统计特征分析已有研究进展  69-72
    4.1.3 现有研究存在的问题  72-73
  4.2 分级频谱共享下的频谱占用预测机制研究  73-83
    4.2.1 系统模型  73-77
    4.2.2 信道占用状态转移概率计算  77-78
    4.2.3 主系统业务性能的预测与分析  78-81
    4.2.4 分级频谱共享下的频谱占用动态预测机制设计  81-83
  4.3 仿真结果与性能分析  83-88
    4.3.1 仿真设计  83-85
    4.3.2 仿真结果与分析  85-88
  4.4 小结  88-89
  参考文献  89-92
第五章 认知无线电网络频谱分配中的功率控制技术研究  92-113
  5.1 认知无线电网络频谱分配中的功率控制技术  92-95
    5.1.1 非主-从协作下的完全受限功率控制  92-93
    5.1.2 认知无线电功率控制已有研究进展  93-94
    5.1.3 现有研究存在的问题  94-95
  5.2 集中式认知无线电网络下行功率控制机制研究  95-103
    5.2.1 系统模型  96-97
    5.2.2 功率控制的优化目标分析  97-98
    5.2.3 单小区功率控制机制设计  98-101
    5.2.4 基于异步搜索的下行功率控制设计  101-103
  5.3 仿真结果与性能分析  103-108
    5.3.1 仿真设计  103-105
    5.3.2 仿真结果与分析  105-108
  5.4 小结  108-110
  参考文献  110-113
第六章 总结与展望  113-115
  6.1 总结  113-114
  6.2 未来工作展望  114-115
缩略语  115-118
致谢  118-119
作者攻读学位期间发表的学术论文目录  119-121

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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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