干扰对齐技术在认知无线网络中的应用研究

发布时间：2019-10-24 08:53

【摘要】：近年通信业务的爆炸式增长使得现有的通信网络拥塞情况越来越严重,无线频谱资源的紧缺已经成为无线移动通信与服务持续发展的瓶颈。鉴于此,各国频谱管理机构都在积极研讨如何有效利用频谱资源。如何在有限的无线资源条件下提高频谱利用率以缓解日益增长的无线业务需求和有限频谱资源之间的矛盾已成为通信领域研究的热点。认知无线电技术(Cognitive Radio)作为一种智能的革命性频谱共享技术应运而生,它通过检测频谱空洞并允许未授权用户使用授权的频带,从而极大地改善频谱利用率。认知无线电技术不仅需要灵活地适应频谱状态保证高频谱利用率,而且必须避免由此产生的对授权用户的干扰；因此,它必须具备感知空闲频谱,动态选择频率和控制传输功率的能力。同时,共享无线信道所产生的相互干扰势必局限系统的整体性能,因此,在不影响授权用户的前提下,系统应该最大化认知网络的输出。而多输入多输出系统(MIMO)可以提高无线网络的吞吐量,干扰对齐技术可以极大地消除通信网络中的相互干扰,基于上述技术,将干扰对齐应用在多输入多输出认知无线系统中,在可容许误码率范围内提高频谱利用率,以实现最大化认知系统的吞吐量和最小化相互间干扰的目标。鉴于上述问题和目标,本文结合多输入多输出系统和干扰对齐的优点,提出了一种带宽共享方法以解决认知无线网络中主用户和次用户(认知用户)相互干扰的问题,从而提高频谱利用率、系统吞吐量以及最小化相互间干扰。论文的主要工作内容和贡献包括以下几个方面：1)阐述了干扰对齐算法的思想和理论,并用数学公式推导出对称系统中的干扰对齐算法可以转化为等价特征值问题,证明了干扰对齐算法的正确性和编解码向量的存在性；2)提出干扰对齐算法的可行性分析问题,将该问题转化为线性代数求方程组的解的问题,使用线性代数的方法判断系统干扰对齐算法是否可行,并给出相应的定理和结论；3)引入了干扰泄露这一概念,从能量的角度分析判断系统是否可行,并通过实验证明了该方法的判断结果与使用线性代数方法判断的结果是一致的；4)将最大化认知网络输出信噪比与最小化用户间相互干扰用数学方法描述出来,转化成相应的目标函数和约束条件,使用最优化方法(凸规划方程)求解,解决了主用户和次用户的功率分配问题；5)将四条进行的理论研究应用到一个三用户认知多输入多输出混合网络中,仿真结果进一步验证了上述理论的正确性和可行性。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN925

【共引文献】