认知无线电网络中的谱资源管理

发布时间：2020-07-24 02:02

【摘要】：在21世纪,认知无线电技术将在无线电频谱分配领域得到广泛使用。它能够为用户提供了增强的服务质量和更大的吞吐量,是优化频谱分配的最佳方式。该技术能够使终端学习并自适应周围的无线电环境。认知无线电终端能够检测空闲频段并调整自身传输特性以满足对空闲频带的使用。近年来,这项新技术的研究得到了研究学者们的广泛关注。然而,认知无线电系统中动态频谱接入却仍存在以下挑战:空闲频谱频带检测,资源平等共享,冲突与干扰控制以及用户移动控制。研究团队往往针对其中的一个问题展开研究以实现频谱管理。但是该技术主要功能的一些参数尚未得到充分研究,例如频谱检测,移动性管理,能量和频谱效率之间的权衡控制以及认知用户和主要用户之间的频谱交换。在本论文中,我们研究了与认知无线电网络相关的频谱管理,以实现认知无线电技术与现有网络的融合。首先,提出了一种基于多用户分集的协作式频谱检测框架,提高了干扰约束条件下的频谱检测能力,并成功将其应用到认知无线电网络。频谱检测是实现认知无线电网络的第一步。通过使用多天线系统获得分集增益。PU信号检测的主要挑战是如何区分由于多路径信道衰落导致的低功率信号与噪声信号。避免多路径引起信道衰落的最有效方法是使用分集传感器。仿真结果表明,与传统的频谱共享方法相比,本文所提出的频谱检测方案实现了更好的公平性和更大的网络容量。其次,分析了认知无线电网络中用于与频谱切换相关的移动性管理框架。认知无线电网络旨在使更多认知无线电终端工作在可用频带的同时实现频谱的动态使用,以满足频带切换过程中的QoS要求。本文通过提出一种更有效的方法来减少主用户和次用户之间的信息丢失和频谱切换的延迟。减少主用户不必要的多次切换,从而提高了系统的稳定性。为此,初始化通信协议以保证方案的顺利运行。通过仿真实现以上方案,并与其他切换方案进行了比较。第三,提出了一种能源和频谱效率均衡管理框架。在频谱资源管理中,能量效率和频谱效率之间可以联合优化效率。总体能效通常被认为是认知无线电网络设计和分析中涉及的最强约束。这种特定约束被添加到与频谱效率相关的挑战中。本文证明在认知无线电网络管理中,能量和频谱效率之间存在均衡。最后,在检测到主用户附近的光谱孔之后,此用户的频谱使用仍是受约束的。针对此问题,本文提出了一种有效的频谱控制方案。主用户通过出让限制频谱给其他用户以获得收益。主用户拥有频谱使用权,此用户是其他的随机用户。本文提出了几种频谱定价模型。鉴于无线电频谱是非常稀缺的资源并且需要有效分配以满足主要运营商和用户的需求,动态频谱共享中提出的经济问题具有重要意义。数值仿真的结果表明所提出的方案具有更高的效率。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN925

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