认知无线电中基于时—频—空三维空洞的机会接入研究

【摘要】： 在认知无线电网络中,次用户(SU)通过对频谱空洞的利用,可以在不影响主用户(PU)正常使用的情况下,使用空闲的频段接入网络,解决频谱资源紧张和频谱利用率低的问题。如何充分地发掘和利用频谱空洞,有效地接入频谱,是认知无线电技术的一个关键问题。由于传统的机会接入方案没有充分利用整个频谱空洞,论文通过研究时一频一空三维空洞,分析空间空洞与时频空洞特性的区别,对空间空洞的利用进行建模和量化,在此基础上,分别围绕小尺度和大尺度网络下的机会接入问题展开研究。 在小尺度网络中,由于网络半径较小,各个SU检测到的频谱机会因而比较相近,空间上的接入机会不明显,SU需要更有效地利用时间和频率上的空洞。本论文首先提出一种分布式SU接入方案,可以允许SU在多个信道上寻找空闲的接入机会,并优化了有效吞吐量。为进一步提高频谱利用率,论文随后提出了一种SU间有效合作的接入方案,给出了合作吞吐量的上、下界,由于充分利用了时间和频率的空洞机会,该合作方案的归一化系统吞吐量能够趋近于1。公平性是保证系统有效运行和用户满意度的重要参数,本论文研究了分布式接入方案在多个用户同时接入的场景下的公平性问题,提出了一种快速追赶策略以改进原方案的公平性。 在大尺度认知无线电网络中,SU周围频谱情况不尽相同,这产生了空间上的空洞机会,发射功率的控制是利用好空间空洞的关键。同时,获得PU的空间信息是进行功率控制的前提条件。然而,传统无线网络的定位算法并不适用于主用户的定位。本论文提出了一种非测距的高阶几何定位算法,通过利用更多的SU进行定位,改善了非测距类算法的定位精度。在此基础上,又提出了一种可以间接测距的二维和三维空间定位的算法,基于平均检测概率的估计,仅仅利用感知结果,就间接地实现了测距算法的定位效果。该算法非常接近Cramer-Rao下界,具有很好的定位性能。最后,论文针对分布式和中心节点控制网络分别提出了一种基于PU空间位置的机会接入方案,定位算法的误差也在方案设计中有所考虑。该方案有利于抓住大尺度网络的空间接入机会,进而提高SU网络的性能。