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授权雷达系统与非授权LTE系统共存技术研究

2020-12-16阅读(823)

授权雷达系统与非授权LTE系统共存技术研究

论文摘要

随着无线通信技术的飞速发展,频率资源日趋紧张,频谱共享技术越来越重要,于是认知无线电技术应运而生。认知无线电技术可以动态地学习周围无线网络环境,使非授权系统能够利用授权系统的空闲频谱进行通信。狭义的理解,它是一种智能的频谱共享技术。2.3G~2.4GHz频段是3GPP(The 3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划)LTE(Long Term Evolution,长期演进项目)系统工作的频段之一,同时在该频段上也存在某些雷达系统,但利用率低。从认知无线电的角度看,为提高频谱利用率,可让LTE系统和雷达系统共存,共享2.3G~2.4GHz频段,这时可将雷达系统视为授权系统,而将LTE系统视为非授权用户。利用有效的频谱检测技术,使得LTE系统能够探测到雷达的空闲频谱;设计合适的功率控制方案,在不影响雷达正常工作的条件下实现雷达和LTE系统的共存,并优化LTE系统的性能。这都是本课题需要研究和解决的问题。论文首先研究雷达系统信号的特性。处于2.3G~2.4GHz频段上的雷达系统信号多种多样,论文对均匀脉冲串信号进行仿真,并分析它的信号特征,为下面工作做好准备。通过分析仿真与对比,发现传统非合作检测法和合作检测法的性能并不适合本课题的环境,论文提出了一种基于高阶累积量的双谱滑动频谱检测法。分析与仿真表明,所提出的算法不仅可以自动抑制噪声,而且性能比传统检测法优越很多,能更加有效地探测频谱,较适用于本文环境。非授权LTE系统利用雷达系统空闲频谱进行通信时,会对雷达系统产生干扰,甚至影响雷达的正常工作,采用合适的功率控制方案可以解决雷达和LTE系统共存的问题。论文考虑雷达频段与LTE频段相邻但不重合的情况,此时,两种系统的频谱旁瓣会互相产生干扰。通过对系统共存干扰的分析,建立了系统共存的干扰模型,在分别考虑LTE系统下行和上行的情形下,给出了雷达和LTE的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)计算公式,定义了LTE系统的效用函数。参考分步的联合功率控制(Mixed Distributed/Fair Centralized Algorithm,MDCA)方案的思路,论文通过对LTE系统下行和上行功率控制方案的设计,在保证雷达正常工作的前提下,使得LTE系统能够进行通信,并实现LTE系统发射功率的最大化。MDCA信道分配算法的用户公平性较差,论文在满足雷达正常工作的条件下,设计了一种公平性增强的信道分配方案:基于公平性的分步功率控制和信道分配方案(Mixed Distributed/Centralized Control Fair Algorithm, MDCFA)。MDCFA结合功率控制和用户可用信道数矩阵,得到信道分配时可供依据的优先级矩阵PN×K。仿真结果表明,运用本文设计的功率控制方案,LTE系统在工作时不会影响雷达的正常工作,实现了雷达系统和LTE系统有效共存,同时提高了LTE系统的吞吐量。在信道分配的过程中,MDCFA相比MDCA虽然在吞吐量方面略有下降,但在LTE系统用户接入数和信道分配公平性等方面具有明显的优越性。论文的创新点有:基于高阶累积量的双谱滑动频谱检测法适用于本论文的认知网络环境,可以有效地探测授权雷达系统的空闲频谱;建立了授权雷达系统与非授权LTE系统共存的干扰模型,分别考虑了LTE系统下行和上行的情形,设计了与之相适用的功率控制方案,实现了雷达与LTE系统共存;提出了一种基于用户公平性的信道分配方案,在保证雷达正常工作的前提下,优化了LTE系统的性能。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 英文缩写词
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 研究现状和课题意义
  • 1.3 本文工作的主要内容
  • 第2章 雷达系统信号分析
  • 2.1 雷达系统概述
  • 2.1.1 连续波雷达
  • 2.1.2 脉冲信号雷达
  • 2.2 2.3G-2.4GHz 频段的雷达信号
  • 2.2.1 军用雷达
  • 2.2.2 气象雷达
  • 2.3 2.3G-2.4GHz 均匀脉冲串雷达信号仿真与分析
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 非授权LTE 系统频谱检测方案
  • 3.1 传统频谱检测方案
  • 3.1.1 发射机检测
  • 3.1.2 合作检测
  • 3.2 基于高阶累积量的双谱滑动频谱检测技术
  • 3.2.1 高阶矩与高阶累积量
  • 3.2.2 高斯噪声的累积量
  • 3.2.3 双谱性质和双谱滑动算法
  • 3.2.4 基于双谱滑动的频谱检测
  • 3.3 基于频谱检测的系统性能仿真与分析
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 授权雷达系统与非授权LTE 系统共存技术方案设计与分析
  • 4.1 LTE 与雷达系统间共频段系统干扰概述
  • 4.2 LTE 与雷达系统间共频段系统干扰分析
  • 4.3 授权与非授权系统间共存技术方案设计
  • 4.3.1 系统共存的干扰模型
  • 4.3.2 雷达与LTE 系统SINR
  • 4.3.3 系统共存条件下非授权LTE 系统吞吐量最大化
  • 4.4 LTE 系统功率控制方案设计
  • 4.4.1 下行功率控制方案
  • 4.4.2 上行功率控制方案
  • 4.5 LTE 系统信道分配方案设计
  • 4.5.1 下行信道分配方案
  • 4.5.2 上行信道分配方案
  • 4.5.3 LTE 系统信道分配流程
  • 4.6 授权与非授权系统间干扰性能仿真与分析
  • 4.7 本章小结
  • 第5章 总结与展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读硕士期间发表论文

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