【摘要】：隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展,各式各樣新型的應(yīng)用不斷涌現(xiàn),總量固定的頻譜資源越來越不能滿足新業(yè)務(wù)的帶寬需求。然而,權(quán)威機(jī)構(gòu)的調(diào)查報告顯示,在大多數(shù)時間段內(nèi),90%以上的授權(quán)頻段處于空閑狀態(tài),這反映了在目前固定的頻譜分配政策下,大部分的頻譜資源未能獲得有效的利用。在這樣的背景下,認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)基于認(rèn)知無線電技術(shù),能夠觀察網(wǎng)絡(luò)的外部環(huán)境,獲得相應(yīng)的認(rèn)知信息用于網(wǎng)絡(luò)的資源管理和決策。在認(rèn)知信息的交互下,授權(quán)的頻譜資源能夠得到靈活有效的分配,從而緩解頻譜資源短缺與其利用率低之間的矛盾。認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)包括頻譜使用優(yōu)先級不同的兩類網(wǎng)絡(luò),即主網(wǎng)絡(luò)和次網(wǎng)絡(luò),因而在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、基礎(chǔ)性能和資源管理等方面與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有著很大的不同。因此,在這種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下,對認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性能進(jìn)行分析,對于認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的性能優(yōu)化和資源管理而言具有重要的理論指導(dǎo)意義。本文針對認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性能展開了分析,主要工作和創(chuàng)新如下。 第一部分是認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路容量分析。本文首先從鏈路層面研究了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的鏈路容量,主要是多用戶認(rèn)知多址接入信道的可達(dá)速率域分析。本文將多用戶認(rèn)知多址接入信道建模為一個主用戶和多個次用戶與一個公共的接收端進(jìn)行通信的多址接入信道。次用戶能夠通過認(rèn)知獲得主用戶的消息,并采用overlay的方式進(jìn)行頻譜接入。在獲得主用戶的消息后,次用戶可采用臟紙編碼和協(xié)作編碼的聯(lián)合編碼方式獲得該信道可達(dá)速率域。一方面,次用戶可以分配部分功率用于主用戶消息的傳輸；另一方面,次用戶在獲得主用戶消息干擾的情況下能夠采用臟紙編碼來避免干擾,從而擴(kuò)大了傳統(tǒng)多址接入信道的可達(dá)速率域。基于這樣的思路,本文在AWGN信道和瑞利衰落信道下推導(dǎo)了可達(dá)速率域的閉式表達(dá)式,并在多用戶場景下給出了該信道的漸進(jìn)性能。 第二部分是認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的連通性分析。本文從網(wǎng)絡(luò)層面上對認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的連通性進(jìn)行分析,包括一維網(wǎng)絡(luò)和二維網(wǎng)絡(luò)兩個方面。對于一維認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò),本文研究了直線上的次網(wǎng)絡(luò)與平面上的主網(wǎng)絡(luò)以overlay的方式進(jìn)行頻譜接入的網(wǎng)絡(luò)場景。通過分析次網(wǎng)絡(luò)連通的條件,本文將次網(wǎng)絡(luò)的連通分解為兩個事件,并分別推導(dǎo)出相應(yīng)事件發(fā)生的概率和條件概率,從而獲得次網(wǎng)絡(luò)連通概率的閉式表達(dá)式。對于二維認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò),本文研究了干擾受限場景下次網(wǎng)絡(luò)的連通域。與現(xiàn)有研究通常采用布爾模型建模不同的是,本文在網(wǎng)絡(luò)建模時考慮了干擾這一限制網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素,并采用滲透理論展開了連通域的研究。通過不同模型之間的映射和推導(dǎo),本文證明了干擾受限場景下次網(wǎng)絡(luò)的連通域與布爾模型下次網(wǎng)絡(luò)的連通域相同,即干擾不會影響次網(wǎng)絡(luò)的連通域。 第三部分是認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)容量分析。這一部分同樣從網(wǎng)絡(luò)層面上對認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的容量進(jìn)行分析,包括自組織網(wǎng)絡(luò)和蜂窩網(wǎng)兩個典型場景。在認(rèn)知自組織網(wǎng)絡(luò)中,本文首先分析了次網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量。與現(xiàn)有研究主要關(guān)注尺度定律結(jié)果不同的是,本文采用隨機(jī)幾何理論框架對網(wǎng)絡(luò)的通信進(jìn)行建模,推導(dǎo)了次網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的閉式表達(dá)式。其次,本文分析了次網(wǎng)絡(luò)的中斷容量。本文在主次網(wǎng)絡(luò)之間引入保護(hù)區(qū)域,并推導(dǎo)出次網(wǎng)絡(luò)中斷容量的閉式表達(dá)式,證明了保護(hù)區(qū)域的引入能夠增大次網(wǎng)絡(luò)的中斷容量。在認(rèn)知蜂窩網(wǎng)絡(luò)中,本文在上行和下行兩個方向上分析了次網(wǎng)絡(luò)的容量。對于上行,本文推導(dǎo)了次網(wǎng)絡(luò)鏈路速率和吞吐率的表達(dá)式,并在規(guī)則與隨機(jī)基站分布下進(jìn)行了對比分析。對于下行,本文研究了次網(wǎng)絡(luò)多描述編碼多播的和速率�；陔S機(jī)幾何,本文推導(dǎo)了次網(wǎng)絡(luò)多播和速率的閉式表達(dá)式,證明了多描述編碼相對于傳統(tǒng)多播的優(yōu)勢。
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【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN925

【參考文獻(xiàn)】

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1 程舒慧;吳小培;;基于滑動窗口的ICA算法動態(tài)分離胎兒心電[J];工業(yè)控制計算機(jī);2011年06期

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本文編號：2373202