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协作通信在认知无线电中的应用研究

作　者: 段志刚
导　师: 袁东风
学　校: 山东大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 协作通信认知无线电频谱感知中继干扰温度
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

无线移动通信的快速发展面临着新的技术挑战,正在不断朝着宽带化、无缝化、智能化的方向发展。为了提高移动通信系统的性能,通常需要在发射端进行分集。而移动通信中的发射分集一般需要在发射端使用多根天线,多输入多输出(MIMO)系统即由此而来。但是许多无线设备因受到尺寸大小和硬件复杂度的限制,一般只有单根天线。为了克服这一不利因素,人们提出了一种新的解决方法——协作通信,它使用带有一根天线的终端,在多用户环境中可以共享其他移动终端的天线,从而产生虚拟天线,进而得到相应的分集增益。通过这种方式来改善移动通信系统的性能。随着人们对宽带无线业务的需求不断增加,频谱这种不可再生的宝贵资源正逐渐变得短缺,频谱供需的矛盾日益突出。而在当前的频谱管理策略下,己分配频谱的利用率又极其不足。在这一背景下,认知无线电技术应运而生。认知无线电是一种智能的无线通信系统,能够感知周围的无线环境。通过一定的方法相应的改变某些工作参数来实时的适应环境,从而达到提高频谱利用率,缓解频谱资源紧张的目的。此外,它还为网络及终端提供了更高的灵活性。认知无线电概念的提出将对现行的频谱管理体制提出挑战,并给无线通信带来新的发展空间。本文对协作通信和认知无线电技术进行了详细分析和讨论,对二者技术上的融合进行了部分研究探讨。本文所作的核心工作如下：认知无线电被认为是一种在允许主从网络共存的情况下,完成高效频谱利用的范例。其中有一个基本挑战,是在最大化认知无线电用户的传输速率的情况下保证主网链接的服务质量(QoS)。文中,研究在次要网络中基于协作的频谱接入方式。在严格的QoS要求下,认知无线电被允许传输的功率很低,因此传输速率受到限制。如果认知无线电用户可以获得来自周围认知无线电用户的协作,这将有利于提高传输速率。能够提供最大传输速率的最佳中继被用来进行协作。对峰值干扰受限和平均干扰受限的传输速率性能进行研究。仿真结果表明,通过放大转发工作方式的协作和解码转发工作方式的协作,认知无线电链路的传输速率可以提高,尤其是当直接链路的功率受限时。在平均干扰约束下,由于传输端和中继的功率适应性,传输速率优于峰值干扰限制下的情况。传输速率要优于直接传输。并且随着潜在中继数量的增长,将获得更高的增益。解码转发工作方式的协作模式性能,优于放大转发工作方式。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
符号说明  12-13
第1章绪论  13-19
  §1.1 研究背景综述  13-16
  §1.2 本文研究内容  16-17
  §1.3 论文结构和内容安排  17-19
第2章协作通信  19-29
  §2.1 协作通信概念的提出  19-21
  §2.2 协作通信系统模型  21-22
  §2.3 协作通信工作方式  22-27
    2.3.1 放大转发工作方式  23-24
    2.3.2 解码转发工作方式  24-25
    2.3.3 编码协作工作方式  25-26
    2.3.4 三种协作方式性能比较  26-27
  §2.4 协作通信技术存在的问题  27
  §2.5 协作通信应用举例  27-29
第3章认知无线电  29-38
  §3.1 认知无线电概述  29-32
    3.1.1 软件无线电到认知无线电  29-32
    3.1.2 认知无线电主要特征  32
  §3.2 认知无线电体系结构和研究方向  32-34
  §3.3 认知无线电的频谱感知技术  34-36
    3.3.1 发射机检测  34-35
    3.3.2 基于干扰的检测  35
    3.3.3 协作检测  35-36
  §3.4 协作通信在认知无线电中的应用  36-38
第4章基于协作中继的认知无线电性能优化  38-51
  §4.1 系统模型  38-40
    4.1.1 认知无线电系统模型  38-39
    4.1.2 基于协作中继的认知无线电通信  39-40
  §4.2 认知无线电网络中的速率最大化  40-47
    4.2.1 放大转发(AF)协作中继模式链路信噪比与速率分析  40-44
    4.2.2 放大转发(AF)协作中继模式传输速率最大化  44-45
    4.2.3 解码转发(DF)协作中继模式链路信噪比与速率分析  45-46
    4.2.4 解码转发(DF)协作中继模式传输速率最大化  46-47
  §4.3 仿真与结果分析  47-50
  §4.4 小结  50-51
第5章全文总结与展望  51-53
参考文献  53-56
致谢  56-57
攻读学位期间发表的学术论文目录  57-58
学位论文评阅及答辩情况表  58

协作通信在认知无线电中的应用研究

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