专网认知无线电多用户接入和自适应技术研究

发布时间：2017-03-30 01:09

  本文关键词：专网认知无线电多用户接入和自适应技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：230MHz电台通信系统从上世纪80年代开始使用至今,随着电力行业的发展和业务的更新,对原有的电力通信系统提出了更高的要求,其中230MHz电力专网通信的研究成为国内的学术界和企业界关注的焦点。230MHz电力专网拥有国家无线电管理委员会授权的40个离散频点,具有网络稳定、具有易扩展、易维修、组网灵活、成本低等优点,但也存在频谱利用率低、传输速率低、遥信变位和告警信息无法及时上传等不足。授权频点的离散分布限制了宽带通信技术在230MHz无线专网的应用,而认知无线电中的频谱聚合技术为离散频点聚合成连续频段提供了基础。在此基础上本文针对对230MHz频段进行了多径信道建模仿真,并研究了该信道条件下的HARQ传输性能和多用户接入控制方案,解决了原有专网通信系统中频谱利用率低、传输速率低、遥信变位和告警信息等问题。首先,本文介绍了认知无线电技术、电力系统无线通信背景和电力无线专网研究现状。原有电力无线专网所使用技术在今天的生产环境中有了较大的局限性,现有的移动通信系统对电力通信系统有着较好的借鉴意义。本文针对专网通信的特点和原有系统的不足提出了无线专网技术应用的改进。其次,本文介绍了电力无线专网通信的基本概况,描述了电力信息采集无线通信系统的物理层架构。随后描述了电力无线专网通信系统及其业务特征,总结了230MHz专网通信的优势及特点和研究意义。然后介绍了230MHz无线信道特性,并总结了230MHz所处的VHF频段的多径信道参数。针对信道的大尺度衰落进行了城区、郊区和农村三个场景下的链路预算,得到了不同调制方式下的最大路径损耗和小区覆盖半径。对230MHz所处的VHF频段进行无线多径信道建模,并分析对比了信道模型下多种调制的误比特率仿真结果。接着,研究了频谱感知技术在电力无线专网中的应用,包括匹配滤波检测和能量检测的单用户本地检测以及多用户合作检测的频谱感知方法。通过在AWGN信道、瑞利信道和莱斯信道下的仿真分析与比较,我们发现信噪比和样点数是影响单用户检测性能的两个因素,合作用户数是应用合作检测性能的重要因素。在OR规则下,合作用户数的增加可以使得系统检测性能在相同信噪比条件下有大幅度的增加,适用于要求漏检概率最小化、系统需要受干扰较少的情况；在AND规则下,合作用户数的增加可以使得系统检测性能在相同信噪比条件下小幅增加,适用于要求虚警概率最小化、保证信道资源充分利用的情况。OR规则多用户合作检测结合能量检测的频谱感知方案更适用于电力无线专网。然后,本文对电力无线专网中HARQ技术的应用进行了研究。通过仿真得到了不同调制方式和不同最大传输次数时HARQ-Ⅰ和HARQ-Ⅱ的吞吐率和误帧率曲线。根据多种信道下HARQ-Ⅰ和HARQ-Ⅱ的吞吐率和误帧率结果,分析了调制方式和最大传输次数对HARQ性能的影响。仿真结果表明,HARQ-Ⅱ相比HARQ-Ⅰ有着更好的性能；调制阶数越大可以获得更好的吞吐率性能,而调制阶数越小可以获得更好的误帧率性能；最大传输次数越大,可以获得的吞吐率越大、误帧率越低,但最大传输次数超过4次之后所带来的性能提升变的非常有限。最后,本文研究了电力无线专网多用户接入控制方案。介绍了电力无线专网接入背景,包括传统专网通信技术背景和专网通信接口协议栈架构,随后对电力专网通信的物理层帧结构和物理信道进行了设计。根据仿真分析将无线帧长确定为25ms,根据电力专网通信的特点设计了帧结构并将授权频点划分为接入频点和业务频点两类,将物理信道划分为PBCH、SCH、PDCCH、PRACH、 PUCCH和PUSCH。在介绍和分析了230数传电台轮询接入后,我们设计了多用户随机接入方案,包括小区搜索、竞争随机接入和非竞争随机接入过程。
【关键词】：电力无线专网 230MHz 频谱感知 HARQ 多用户接入控制
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 缩略词14-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 论文研究背景16-19
• 1.1.1 电力无线通信背景介绍16-17
• 1.1.2 电力无线专网技术背景17-19
• 1.2 电力无线专网研究现状19-20
• 1.3 论文主要研究工作和章节安排20-22
• 第二章 电力无线专网通信介绍22-40
• 2.1 电力信息采集无线通信系统概况22-26
• 2.1.1 电力无线专网通信系统23-25
• 2.1.2 电力无线专网业务特征25-26
• 2.2 230MHz无线信道特性26-31
• 2.2.1 230MHz电力授权频点分布27-28
• 2.2.2 时延扩展特性与信道衰落28-29
• 2.2.3 230MHz多径信道参数29-31
• 2.3 链路预算与230MHz信道建模31-38
• 2.3.1 链路预算31-35
• 2.3.2 230MHz无线信道建模与仿真35-38
• 2.4 本章小结38-40
• 第三章 专网认知无线电频谱感知研究40-62
• 3.1 电力专网背景下的频谱感知40-42
• 3.2 匹配滤波检测42-45
• 3.2.1 匹配滤波检测器设计42-44
• 3.2.2 匹配滤波检测性能仿真分析44-45
• 3.3 能量检测45-53
• 3.3.1 能量检测器设计46-48
• 3.3.2 不同信道条件下的能量检测48-49
• 3.3.3 能量检测性能仿真分析49-53
• 3.4 多用户合作检测53-58
• 3.4.1 融合与决策规则54-55
• 3.4.2 合作检测性能仿真分析55-58
• 3.5 干扰检测及避让流程58-60
• 3.6 本章小结60-62
• 第四章 无线专网HARQ技术研究62-84
• 4.1 HARQ技术介绍62-65
• 4.1.1 HARQ协议介绍62-63
• 4.1.2 HARQ基本原理和类型63-65
• 4.2 不同调制方式下HARQ性能研究65-74
• 4.2.1 AWGN信道下HARQ吞吐率和误帧率分析66-68
• 4.2.2 单径莱斯信道下HARQ吞吐率和误帧率分析68-71
• 4.2.3 多径莱斯信道下HARQ吞吐率和误帧率分析71-74
• 4.3 最大传输次数对HARQ性能的影响74-82
• 4.3.1 AWGN信道下HARQ吞吐率和误帧率分析75-77
• 4.3.2 单径莱斯信道下HARQ吞吐率和误帧率分析77-79
• 4.3.3 多径莱斯信道下HARQ吞吐率和误帧率分析79-82
• 4.4 本章小结82-84
• 第五章 无线专网多用户接入控制方案设计84-100
• 5.1 传统专网通信技术与接入背景介绍84-87
• 5.1.1 双工方式84
• 5.1.2 230数传电台轮询接入84-86
• 5.1.3 空中接口协议栈架构86-87
• 5.2 物理层帧结构和物理信道设计87-91
• 5.2.1 物理层帧结构设计87-89
• 5.2.2 物理信道设计89-91
• 5.3 多用户随机接入方案91-97
• 5.3.1 小区搜索与接入流程91-92
• 5.3.2 基于竞争的随机接入92-95
• 5.3.3 非竞争的随机接入95-96
• 5.3.4 仿真分析96-97
• 5.4 本章小结97-100
• 第六章 全文总结与展望100-102
• 6.1 论文全文总结100-101
• 6.2 进一步的研究方向101-102
• 致谢102-104
• 参考文献104-108
• 作者简介(包括论文和成果清单）108

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 丁汉清;认知无线电频谱感知技术研究[D];西安电子科技大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 王奔;电力无线通信的频谱聚合技术研究[D];华北电力大学;2013年

2 何春;电力无线通信网接入控制研究[D];华北电力大学;2012年

3 沈哲夫;认知无线电中的频谱感知和频谱聚合技术研究[D];北京邮电大学;2011年

4 史硕;TD-LTE系统中混合自动重传技术（HARQ）重传机制的研究[D];北京邮电大学;2010年

5 范波;认知无线电频谱感知技术研究[D];国防科学技术大学;2008年

  本文关键词：专网认知无线电多用户接入和自适应技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：275851