【摘要】：随着无线通信技术的普及,无线业务日趋多样,移动终端使用率日益提升。通信网络需要更高的数据处理和传输能力,对频谱资源的需求量急剧增加。考虑无线频谱资源的有限性,以及大部分频谱已被分配使用的现状,提高频谱利用率成为越来越紧迫的任务。考虑通信业务的猝发特性,授权频段通常不会长时间处于占用状态,频谱资源并未得到充分的利用。在这一背景下,认知无线电技术(Cognitive Radio technology,CR)应运而生。具有认知能力的非授权用户可以通过检测周围频谱环境发现未被占用的频谱空洞,并自适应调整自身传输参数,在不影响授权用户通信质量的前提下,机会式接入频谱进行通信。该技术可以有效缓解频谱资源日益紧缺与无线业务需求不断增长之间的矛盾,现已成为无线通信技术发展新的研究热点。考虑收发用户间间距较远,或有较多障碍物遮挡的通信场景,由于较大的信道衰落,收发端间难以构建稳定的直传链路。在认知无线网络中,同样存在信道衰落的问题。协作通信是指无线网络中的通信节点在特定协议通过数据转发等方式,避开信道质量较差的数据传输,从而有效降低传输中断概率,提升网络吞吐量。如果将协作通信技术运用到认知无线网络中,一方面,认知用户可以机会接入频谱空洞传输自身数据,满足了认知用户的传输需求,提高了频谱资源的利用率;另一方面,认知用户协助转发授权用户的信息,提升了授权用户的传输稳定性,实现了授权用户通信范围的扩展。因此,对认知网络下协作策略的设计和性能研究具有十分重要的意义。虽然国内外已有一些文献针对无线网络中的用户协作通信提出了一些协作策略,但大部分工作均基于用户可精确获取实时信道信息或实时缓存状态的假设展开。然而,考虑到信道的快变性以及信息反馈固有的传输时延,精确的实时网络状态通常难以获取。基于上述背景,本课题首先针对传统协作通信网络,设计了基于长时信道统计的概率协作协议:调度器根据信道统计信息和用户传输质量需求,依概率将传输机会分配给不同链路进行传输。随后,我们将该协作方案扩展至认知通信网络场景。针对现有协作策略可能将传输机会分配给无待传数据包用户传输而导致的传输机会浪费问题,我们提出利用认知用户的频谱感知和缓存感知能力,由认知用户决定何时接入频谱通信,保证系统处于持续工作状态。针对上述两种场景,我们分别构建了用户缓存队列模型,并通过对数据包到达过程以及服务过程的分析,得到网络的吞吐量稳定域、数据包平均传输时延等系统性能。我们重点讨论了用户吞吐量和传输时延均衡,以及用户间的性能均衡,为系统设计提供了重要参考价值。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN925
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本文编号：2590417
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