WRAN系统的动态频谱分配

论文摘要

随着无线通信技术的飞速发展,无线频谱日益拥挤,并且频谱资源利用率相当不平衡。针对这一需要,提出了基于通信信道检测的无线通信方式,认知无线电(CR,Cognitive Radio)。本文选题来源于陕西省自然科学基金预言项目“认知无线电空间信号检测和分析技术”、华为预研基金项目“基于认知无线电的无线城域网关键技术研究”。认知无线电的基本出发点就是:为了提高频谱利用率,具有认知功能的无线通信设备可以按照某种“伺机(Opportunistic Way)”的方式工作在已授权的频段内。当然,这一定要建立在已授权频段没用或只有很少的通信业务在活动的情况下。这种在空域、时域和频域中出现的可以被利用的频谱资源被称为“频谱空洞”。IEEE802.22是第一个针对认知无线电的标准,该标准对于动态频谱分配已经提出一个框架,但是从对IEEE 802.22协议的分析看,目前的标准框架中还存在一些需要补充的技术。为了提高频谱利用效率,本文研究了一套解决方案:1)针对DFH(Dynamic Frequency Hopping)分配方式,研究了一种利用FCFS(First Come First Served)和树形冲突算法相结合的方法。2)针对于非DFH分配方式,研究了一种跨层通信技术和图论相结合的算法。该方案最大程度的利用空闲频谱,使得系统的最大延时和平均延时得到了有效的控制,并且极大的提高了频谱利用。本文通过对于认知无线电系统的概述,介绍了动态频谱分配的原理及协议中的算法,根据跨层技术和图论知识,针对目前存在的问题研究了一套动态频谱分配算法,给出对应的系统流程图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 与选题相关的国内外科技发展动态
• 1.2.1 IEEE 802.22 中的动态频谱分配机制
• 1.3 目前存在问题
• 1.4 论文的章节安排和主要工作
• 第二章 认知无线电概况
• 2.1 认知无线电的背景
• 2.2 认知无线电的演进
• 2.3 认知无线电的提出
• 2.4 认知无线电
• 2.4.1 与传统无线电、软件无线电的区别
• 2.4.2 自我认知能力
• 2.4.3 认知循环
• 2.4.4 认知无线电网络结构
• 2.5 认知无线电中的关键技术
• 2.5.1 频谱检测
• 2.5.2 频谱管理
• 2.5.3 功率控制
• 2.6 认知无线电应用
• 2.6.1 在WRAN 中的应用
• 2.6.2 在UWB 系统中的应用
• 2.6.3 在Ad Hoc 网中的应用
• 2.6.4 认知无线电在IEEE 802.16h 中的应用
• 2.6.5 认知无线电在蜂窝移动通信系统中的应用
• 2.7 小结
• 第三章 WRAN 系统概述——IEEE 802.22
• 3.1 IEEE 802.22 协议的背景
• 3.1.1 无线频段和地面电视频段的现状
• 3.1.2 IEEE 802.22 组织和标准
• 3.2 WRAN 系统
• 3.2.1 WRAN 系统的协议模型
• 3.2.2 IEEE802.22 协议无线接口模型
• 3.2.3 IEEE 802.22 授权用户情况
• 3.3 WRAN 系统的物理层和MAC 层
• 3.3.1 物理层
• 3.3.2 MAC 层
• 3.4 WRAN 系统的关键技术
• 3.4.1 频谱感知技术
• 3.4.2 动态频谱分配
• 3.4.3 功率控制
• 3.5 小结
• 第四章 WRAN 系统的动态频谱分配机制
• 4.1 基于规则的DFH 动态频谱分配机制
• 4.1.1 DFH 的工作流程
• 4.1.2 隐藏节点问题
• 4.1.3 冲突避免算法
• 4.2 基于合作的DFHC 动态频谱分配机制
• 4.2.1 DFHC 团体总括
• 4.2.2 DFHC 团队领导者的选择方式
• 4.2.3 DFHC 的频谱跳转
• 4.3 协议中目前存在的问题
• 4.3.1 基于规则的DFH 动态频谱分配机制中的问题
• 4.3.2 基于合作的DFHC 动态频谱分配机制的问题
• 4.4 小结
• 第五章 基于图论和跨层通信的动态频谱分配机制
• 5.1 基于规则的动态频谱分配
• 5.1.1 针对的技术问题
• 5.1.2 实现方案
• 5.2 基于合作的动态频谱分配
• 5.2.1 针对的技术问题
• 5.2.2 实现方案
• 5.3 仿真结果
• 5.3.1 基于规则的动态频谱分配的仿真
• 5.3.2 基于合作的动态频谱分配仿真
• 5.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果