基于DF的认知协作通信技术研究

发布时间：2020-11-09 14:40

　　 随着对无线资源需求的与日俱增,人们已经利用了几乎所有可利用的频段,并且由于频谱分配的不合理性,使得频谱资源已经变成一种稀缺资源。认知无线电技术可以通过频谱感知等技术,利用授权用户(主用户)未正在使用的频谱来有效地提高频谱利用率。通常,如果主用户当前处于空闲状态时,则次级用户可以暂时接入主用户的频段。对于底层网络,次级用户和主用户同样可以实现频谱共享,那么就要求次级用户对主用户的干扰必须低于主用户预先设定的门限干扰功率。为了保障主用户的服务质量,次级用户不得不采用一个较低的发射功率,不可避免的限制了信号的覆盖范围。因此将协作分集技术引入到次级用户系统以弥补因发射功率不足带来的覆盖范围损失。其中,放大转发协议(AF,amply and forward)以其低复杂度被广泛应用。采用该协议的中继对接收到的信号进行放大处理,然后再转发信号至信宿节点。另一种是译码转发协议(DF,decode and forward),中继将接收到的信号首先进行译码然后再重新编码转发至信宿。但是,当前的文献主要集中在对AF认知协作技术的研究,而很少有文献研究DF的认知协作通信技术。基于上述考虑,本文对DF认知协作通信技术进行了深入研究,主要工作如下:1.在多个主用户共存的情境下,提出一种新型DF认知协作通信系统方案。该系统的信源节点和中继节点均只配备单根天线,而在信宿处配置了多根接收天线并使用最大比合并技术来进行信号的接收。此外,对该认知协作通信系统的中断概率性能进行了分析推导,得到了系统性能的精确表达式和渐进表达式。最后,通过利用蒙特卡洛仿真验证了所得结果的正确性,仿真结果显示通过对系统信宿节点天线个数的增加,系统的整体性能有所改善。2.构建一个新型的两跳式DF认知协作通信系统方案,在次级通信系统周围存在多个主用户的环境下,对次级系统的性能进行研究。该系统在接收端存在多个次级信宿,并采用基于接收端信噪比最优的方式进行多用户选择。在文中我们得到了系统中断概率的闭合表达式以及在大信噪比时的渐进表达式。并且,计算机仿真结果和分析结果完全吻合,最后仿真结果显示基于多用户技术的系统性能较传统的协作系统有很大改善。3.设计一个基于DF认知协作通信系统的最优中继选择策略,并且研究了该系统在不同的功率分配方案,即固定发射功率和自适应发射功率下的系统中断概率性能,计算出了系统中断概率的精确结果和渐进结果。最后,通过蒙特卡洛仿真验证了文中所得结论的正确性。仿真结果显示通过增加中继个数,系统的性能有所改善,并且自适应发射功率的系统性能要优于固定发射功率的系统性能,但是自适应发射功率的信号前缀信息过多,因此随着中继个数增加,会对系统造成很大的负担。
【学位单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN925
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 协作通信的背景
        1.1.2 认知无线电的背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 协作通信的提出
        1.2.2 认知无线电的提出
        1.2.3 认知协作通信的发展
    1.3 目前研究热点及存在的问题
    1.4 本文研究内容
    1.5 本文组织结构
2 认知协作通信的理论基础
    2.1 衰落信道的特点与建模
        2.1.1 信道的时间特性
        2.1.2 信道频率特性
        2.1.3 频率平坦衰落信道模型
        2.1.4 几种经典信道统计模型
    2.2 认知协作通信系统中的发射功率选择方案
        2.2.1 自适应功率发射
        2.2.2 固定功率发射
    2.3 中断概率
    2.4 分集合并技术
        2.4.1 选择合并
        2.4.2 最大比合并
        2.4.3 性能对比与仿真
    2.5 协作通信的协议
        2.5.1 放大转发协议（AF）
        2.5.2 译码转发协议（DF）
        2.5.5 仿真结果分析
    2.6 本章小结
3 基于MRC的多天线DF认知通信技术研究
    3.1 系统和信道模型
    3.2 中断概率分析
    3.3 仿真结果与分析
    3.4 本章小结
4 基于多用户技术的DF认知通信系统性能研究
    4.1 系统模型
    4.2 各模块的算法设计与实现
    4.3 渐进表达式
    4.4 计算机仿真及分析
    4.5 本章小结
5 DF认知协作通信技术中的中继选择策略研究
    5.1 系统模型
    5.2 中继选择方案
        5.2.1 ATP模式下的中继选择
        5.2.2 FTP模式下的中继选择
        5.2.3 信号前缀结构比较
    5.3 中断概率分析
        5.3.1 ATP模式下的中断概率
        5.3.2 FTP模式下的中断概率
    5.4 仿真结果和分析
    5.5 本章小结
6 本文总结和展望
    6.1 本文总结
    6.2 未来工作展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集

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本文编号：2876575