认知无线网络中频谱检测机制的设计与仿真

论文摘要

如今的无线网络中采用的都是固定的频谱分配政策。然而,有研究表明大部分已分配出去的频谱的利用率在不同的空间和时间上变化是很大的。随着无线网络的高速发展,频谱资源的短缺与频谱利用不充分之间的矛盾越来越激烈,急需一种有效的解决办法。而认知无线网络是解决这个问题的最有利的技术。认知无线网络允许用户机会式接入未被使用的频谱,这种动态的频谱接入方法可以有效地解决频谱利用率不高的问题。为了保证不对主用户产生干扰,认知无线网络中的用户需要进行频谱检测,发现频谱空闲后接入该频谱进行数据传输。本文对频谱检测中的检测机制进行了主要研究。通过对频谱检测参数的优化、检测策略的选取和部分联合频谱检测来提高系统的吞吐量。本文分四种情况来讨论频谱检测机制,分别是：单次级用户单信道、单次级用户多信道、多次级用户单信道和多次级用户多信道。在单次级用户单信道情况中,本文给出了最优的检测周期和检测时间,在保证主用户通信质量的同时实现吞吐量的最大化。并在原来的动态频谱接入的基础上引入了干扰温度的概念。这样次级用户不仅可以在频谱空闲的时候接入信道,还可以在信道忙碌的时候以较低功率进行数据传输,前提是不超过干扰温度门限,从而进一步提高系统的吞吐量。在单次级用户多信道情况中,本文通过频谱预测模型,将信道按照频谱空闲概率进行降序排列,然后按照该顺序进行频谱检测。仿真结果显示,较原来随机检测,次级用户可以在更短的时间内发现空闲频谱。在多次级用户单信道情况中,相较于传统的联合频谱检测,本文按照一定的规则选取出部分的次级用户专门用于联合频谱检测,不仅保证检测性能,而且节省了检测开销。在多次级用户多信道情况中,本文结合前三种情况的同时,在融合判决中心处增加了频谱池,用来记录频谱的使用情况。将信道先按信道状态分组,选取与正在使用信道次级用户最近的几个次级用户来专门与其一起进行联合频谱检测,然后再将剩余信道按空闲概率排序。最后,从整个系统性能的仿真结果上看,上述四个频谱检测机制可以在一定程度上提高频谱利用率,在频谱空闲概率比较大的系统中尤为明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 认知无线网络概述
• 1.2 频谱检测问题的提出及研究现状
• 1.2.1 频谱检测的提出及在认知无线网络中的地位
• 1.2.2 频谱检测的主要性能指标
• 1.2.3 频谱检测的挑战
• 1.3 论文主要工作和内容安排
• 1.3.1 主要工作
• 1.3.2 内容安排
• 1.4 课题来源
• 第2章 频谱检测技术
• 2.1 基于发射机检测的频谱检测技术
• 2.2 基于干扰温度的频谱检测
• 2.2.1 干扰温度的提出
• 2.2.2 干扰温度机制的执行过程
• 2.2.3 干扰温度的测量方法
• 2.3 多节点频谱检测技术
• 2.3.1 联合频谱检测分类
• 2.3.2 联合频谱检测的融合判决准则
• 2.3.3 联合频谱检测的性能分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 频谱检测机制算法设计与仿真
• 3.1 频谱检测机制介绍
• 3.2 频谱检测模型
• 3.2.1 二元假设模型
• 3.2.2 能量检测模型
• 3.2.3 干扰温度模型
• 3.2.4 信道衰落模型
• 3.3 单次级用户单信道
• 3.3.1 系统模型
• 3.3.2 主用户的信道使用模型
• 3.3.3 频谱检测参数的选取
• 3.3.4 仿真结果及其分析
• 3.4 单次级用户多信道
• 3.4.1 问题描述
• 3.4.2 频谱预测
• 3.4.3 平均频谱搜索时间
• 3.4.4 算法流程
• 3.4.5 仿真结果及其分析
• 3.5 多次级用户单信道
• 3.5.1 问题描述
• 3.5.2 部分次级用户参与的联合频谱检测
• 3.5.3 联合频谱检测参数的选择
• 3.5.4 算法流程
• 3.5.5 仿真结果及其分析
• 3.6 多次级用户多信道
• 3.6.1 问题描述
• 3.6.2 多用户网络中的自适应联合频谱检测
• 3.6.3 算法流程
• 3.6.4 仿真结果及其分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 结束语
• 4.1 论文工作总结
• 4.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢