本文選題：協(xié)作頻譜感知 + 能量效率�。� 參考：《南京郵電大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：隨著無線通信業(yè)務(wù)的快速增長，低效的固定頻譜分配方案已經(jīng)無法滿足需求。采用動態(tài)的頻譜接入方案是解決頻譜資源匱乏但利用率低的現(xiàn)狀的有效方法之一，認知無線電技術(shù)被認為是解決頻譜資源利用率低的最佳技術(shù)，即指認知用戶在不影響主用戶通信的前提下，能夠和主用戶共享頻譜資源，從而有效地提高頻譜資源的利用率。 在認知無線電網(wǎng)絡(luò)中采用協(xié)作技術(shù)不僅可有效提高頻譜感知的準確性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕铱山档驼J知網(wǎng)絡(luò)的能量損耗。本文針對認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作技術(shù)的性能優(yōu)化進行了深入研究，主要研究內(nèi)容和成果包括： (1)研究協(xié)作感知的性能優(yōu)化問題，針對認知單中繼網(wǎng)絡(luò)提出了基于最小化網(wǎng)絡(luò)中斷概率的頻譜感知和數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)合優(yōu)化方案。首先,分析協(xié)作感知的基本原理和性能；然后,將改進的中繼協(xié)作傳輸方案應(yīng)用到認知無線電網(wǎng)絡(luò)中；最后，以最小化認知中繼網(wǎng)絡(luò)中斷概率為目標，對感知時間、融合準則門限等參數(shù)進行優(yōu)化，并給出認知單中繼網(wǎng)絡(luò)中斷概率的近似表達式。數(shù)學(xué)分析和仿真結(jié)果表明，存在最佳的感知時間、最佳融合準則使認知中繼網(wǎng)絡(luò)的中斷性能最優(yōu)，且改進的認知中繼協(xié)作傳輸方案的中斷性能和容量均優(yōu)于傳統(tǒng)的認知中繼協(xié)作傳輸方案。協(xié)作頻譜感知可有效提高認知中繼網(wǎng)絡(luò)的中斷性能。 (2)研究多中繼協(xié)作傳輸網(wǎng)絡(luò)的中斷性能優(yōu)化問題，提出了三種優(yōu)化方案：中繼節(jié)點功率分配優(yōu)化方案、基于位置的中繼節(jié)點優(yōu)化選擇方案和基于橢圓的功率-位置聯(lián)合優(yōu)化方案。首先，在總的發(fā)射功率受限和已知信道參數(shù)的情況下，提出最優(yōu)功率分配(Optimal Power Allocation; OPA)方法，，并給出信源和中繼的最優(yōu)功率分配的最優(yōu)解，仿真結(jié)果表明最優(yōu)功率分配方案的中斷性能優(yōu)于等功率分配方案。其次，在等功率分配(Equal Power Allocation; EPA)方案下，提出基于位置的中繼節(jié)點優(yōu)化選擇方法。理論分析和仿真結(jié)果都表明存在最佳的中繼位置使多中繼網(wǎng)絡(luò)的中斷性能最優(yōu)，且最佳中繼位置位于信源和目的端中間，距離該位置越遠，多中繼網(wǎng)絡(luò)的性能越差。最后，基于橢圓模型，聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計中繼位置和功率分配比兩個參數(shù)，從而使多中繼網(wǎng)絡(luò)的中斷概率最小。 (3)研究認知多中繼協(xié)作傳輸網(wǎng)絡(luò)的中斷性能優(yōu)化問題，提出頻譜感知和功率分配聯(lián)合優(yōu)化的方案。在認知信源和認知中繼總發(fā)射功率受限、認知節(jié)點發(fā)射功率最大值受限和平均干擾功率受限的約束條件下，針對認知多中繼網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化設(shè)計和仿真驗證，分析最優(yōu)感知時間、最佳功率分配、最優(yōu)中繼位置、認知中繼個數(shù)和協(xié)作頻譜感知對認知多中繼網(wǎng)絡(luò)中斷性能的影響。 (4)研究認知單中繼網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和能量效率優(yōu)化問題，針對認知中繼協(xié)作傳輸方案建立認知網(wǎng)絡(luò)的能量效率模型，提出認知中繼網(wǎng)絡(luò)能量效率優(yōu)化方案。在總的發(fā)射功率一定的情況下，認知信源和認知中繼采用等功率分配方案的基礎(chǔ)上，研究認知中繼網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和能量效率，分析感知時間、信噪比和k out of M準則對認知網(wǎng)絡(luò)吞吐量和能量效率的影響。仿真結(jié)果驗證存在最佳感知時間、最佳信噪比、最佳融合準則門限k和最佳協(xié)作感知用戶數(shù)量M使認知網(wǎng)絡(luò)的能量效率最優(yōu)。采用協(xié)作技術(shù)可提高認知網(wǎng)絡(luò)的能量效率。
[Abstract]:With the rapid growth of wireless communication service , the low - efficiency fixed frequency spectrum allocation scheme can ' t meet the demand . The dynamic spectrum access scheme is one of the most effective methods to solve the present situation of low spectrum resources and low utilization rate . Cognitive radio technology is regarded as the best technique to solve the problem of low utilization rate of spectrum resources , that is , the cognitive user can share spectrum resources with the main user without affecting the communication of the main user , thus effectively improving the utilization rate of the spectrum resources .

In the cognitive radio network , not only the accuracy of spectrum sensing and the reliability of the data transmission can be effectively improved , but also the energy loss of the cognitive network can be reduced . In this paper , the performance optimization of cooperative technology in cognitive radio network is studied . The main research contents and achievements include :

( 1 ) To study the performance optimization problem of cooperative awareness , and propose a joint optimization scheme based on minimizing network outage probability based on the cognitive single relay network . Firstly , the basic principle and performance of cooperative awareness are analyzed .
Then , the improved relay cooperative transmission scheme is applied to the cognitive radio network ;
Finally , the parameters such as perceived time , convergence criterion threshold and the like are optimized to minimize the probability of interruption of cognitive relay network , and the approximate expression of the interrupt probability of cognitive single relay network is given . The mathematical analysis and simulation results show that there is the best perception time , the best fusion criterion makes the interrupt performance of the cognitive relay network optimal , and the improved cognitive relay cooperative transmission scheme has better interrupting performance and capacity than the traditional cognitive relay cooperative transmission scheme .

( 2 ) To study the optimization of the interrupt performance of a multi - relay cooperative transmission network , three optimization schemes are proposed : the relay node power allocation optimization scheme , the location - based relay node optimization selection scheme and the ellipse - based power - position joint optimization scheme .

( 3 ) To study the optimization problem of the interrupt performance of cognitive multi - relay cooperative transmission network , and put forward the scheme of joint optimization of spectrum sensing and power distribution . Under the condition of limited total transmission power of cognitive source and cognitive relay , limited transmission power of cognitive node and limited average interference power , the influence of optimal sensing time , optimal power allocation , optimal relay location , cognitive relay number and cooperative spectrum perception on the interrupt performance of cognitive multi - relay network is analyzed .

( 4 ) To study the throughput and energy efficiency optimization problem of cognitive single relay networks , and to establish the energy efficiency model of cognitive network based on cognitive relay cooperative transmission scheme . The influence of the cognitive relay network on the throughput and energy efficiency is proposed . The simulation results show that the optimal sensing time , the optimal SNR , the best fusion criterion threshold k and the optimal cooperative perceived user number M make the energy efficiency of the cognitive network optimal . The energy efficiency of the cognitive network can be improved by using the cooperation technology .

【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN925

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本文編號：1733685