认知无线电MIMO网络中干扰消除与用户调度技术研究

论文摘要

无线通信的发展对无线频谱资源的需求相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈；另一方面，根据联邦通信委员会（Fcc，Feder a1 communlcatlon commlsslon）最近研究报告，已经分配给现有无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。认知无线电是一项富有潜力的革新性技术，可以有效解决上述问题，它通过频谱感知、根据射频环境调整系统参数等来实现动态频谱接入和智能的频谱分配。多入多出fMIM0，MuRiple-Input／Multiple-（）utput)系统则被认为是另外一种提高频谱利用率的技术，它利用多天线带来的空间维数增加和空间分集来显著提高传输性能。将这两种技术应用于下一代无线通信，可使得无线系统获得更高数据吞吐量和服务质量、更高的频谱效率及功率效率和更广泛的业务等优点。围绕MIM0与认知无线电技术，该硕士论文主要研究认知MIM（）无线网络中的干扰消除技术与用户调度算法，并且将MIM（）技术和频谱共享技术集成到适合不同应用场景的实现方案中。本文具有如下创新点：（1）针对认知MIM0下行广播网络中用户调度可能存在的公平性问题，本文提出一种改进的正比公平调度（PFs，Proportional Fair Scheduling）方案。为了减少多用户MIM（）系统上行的反馈量，用户终端采取天线选择：迫零波束成形（zFBF Zero．1brcingBeaJnibrmlng）被使用来消除用户之间干扰。由于本文所研究的模型是主用户（Pu，Prlmarvusei‘）和次用户（cu，Secondasvuset或者cognltlVe user）共享频谱的系统，在每个时隙，接受服务的次用户要满足两个条件：1)与主用户信道要近似正交；2)次用户之间要满足信道近似正交。这种准则是为了降低用户之间的干扰，并且提高认知无线网络的吞吐量。最后，本文改进用户调度算法，考虑了公平性。仿真结果表明，所提出的方案能够以一定的和容量的损失来实现用户之间的公平调度。（2）提出了一种适用于频谱共享的三阶段多跳蜂窝网下行传输方案，它涉及波束成形、MIM（）中继策略、多用户调度与系统帧结构设计等。其研究结果显示：通过采用MIM0中继可获得高的主蜂窝系统和速率性能；所提出的三阶段的联合调度与传输方案可以兼顾主网络的高、低速率区用户的通信；当MIM0中继同时被用作为次用户网的基站，还可以有效支持近距离的次用户通信。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 1 引言
• 1.2 认知无线电技术及其研究现状
• 1.2.1 认知无线电技术的必要性
• 1.2.2 认知无线电技术定义
• 1.2.3 认知无线电场景的分类
• 1.2.4 认知中继
• 1.3 MIM0技术及其研究现状
• 1.4 动态频谱接入技术及其研究现状
• 1.4.1 中心控制和分布式控制频谱共享方案
• 1.4.2 协作方式与非协作方式频谱共享方案
• 1.4.3 潜在（underlldv）与重叠（overlldv）方式频谱共享方案
• 1.5 研究内容和课题来源
• 1.6 主要贡献
• 1.7 结构安排
• 第二章 基于波束成形的用户调度算法概述
• 2.1 引言
• 2.2 系统模型
• 2.3 回顾MIM0广播信道传输策略
• 2.3.1 MIvM0下行链路采用TDMA方案
• 2.3.2 MM0下行链路采用脏纸编码方案（DPc）
• 2.3.3 MMM0下行链路采用波束成形（BF）方案
• 2.4 基于迫零波束成形的准正交用户选择算法（zFBF—sus）
• 2.4.1 ZFBF
• 2.4.2 准正交用户选择算法（sus）
• 2.4.3 zFBF—sus性能分析
• 2.4.4 ZFBF-SUS复杂度分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 认知无线电网络中准公平用户调度算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 系统模型
• 3.3 天线选择
• 3.3.1 接收机设计
• 3.3.2 接收天线选择算法
• 3.4 用户选择
• 3.5 考虑公平性的用户选择算法
• 3.5.1 PFs基本原理
• 3.5.2 PFs在用户调度中应用
• 3.6 仿真结果分析
• 3.6.1 低复杂度算法与TDMA策略比较
• 3.6.2 天线选择算法与无天线选择的方案的比较
• 3.6.3 接收天线数的个数对容量的影响
• 3.6.4 变化对和速率的影响
• 3.6.5 变化对和速率的影响
• 3.6.6 考虑公平调度的算法性能
• 3.7 本章小结
• 第四章 认知无线网络基于中继辅助MMM0传输方案研究
• 4.1 MIM0认知无线电蜂窝技术简述与问题形成
• 4.2 系统模型
• 4.2.1 研究的场景介绍
• 4.2.2 方案1中主用户蜂窝网络和认知无线网络的运营机制
• 4.2.3 信噪比的推导
• 4.3 联合的波束成形和用户调度
• 4.3.1 采用广义特征向量分解的波束成形算法
• 4.3.2 帧结构的设计
• 4.4 性能分析
• 4.4.1 在理想协方差矩阵反馈条件下，方案的和速率推导
• 4.4.2 在理想协方差矩阵反馈条件下，方案2的和速率推导
• 4.4.3 在非理想协方差矩阵反馈条件下，方案1的和速率推导
• 4.5 仿真结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 工作总结
• 5.2 有待于进一步研究的方向
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 致谢