【摘要】：無線通信業(yè)務和應用的快速發(fā)展導致有限的頻譜資源與急劇增加的需求量之間的矛盾日益突出,認知無線電是解決頻譜資源不足和頻譜利用率低等問題的一條有效途徑。認知無線電系統(tǒng)通常需要解決頻譜感知、認知用戶的通信機制等問題。針對上述問題,本文將多輸入多輸出(MIMO)技術、協(xié)作中繼技術和全雙工技術等引入到認知無線電系統(tǒng)設計中,以提高系統(tǒng)的頻譜檢測性能和吞吐量。本文提出三種不同的認知無線電系統(tǒng)解決方案,研究了這些方案設計下的系統(tǒng)性能,主要工作和創(chuàng)新如下:(1)研究全雙工單次用戶下的認知MIMO系統(tǒng),提出聯(lián)合優(yōu)化機會式頻譜接入和最佳功率分配方案,在總的發(fā)送功率受限下,采用三分法獲取最佳的感知時間,利用凸優(yōu)化算法獲得系統(tǒng)的最佳功率分配。仿真結果表明,該方案能夠比基于可變矩陣規(guī)劃序列凸近似的最佳功率分配方案以及半雙工模式下的等功率分配方案獲得更高的系統(tǒng)平均吞吐量。(2)研究全雙工中繼協(xié)作下的認知MIMO系統(tǒng),由全雙工中繼同時協(xié)助認知用戶源節(jié)點進行多天線頻譜感知和發(fā)送數(shù)據(jù),提出最佳幀結構設計、聯(lián)合天線選擇和最佳功率分配方案。仿真結果表明,與傳統(tǒng)的雙工等功率分配方案、多天線半雙工方案以及單天線半雙工解碼轉發(fā)優(yōu)化方案,該方案能夠在干擾門限和總的發(fā)送功率增加時顯著提高系統(tǒng)的平均吞吐量。(3)研究基于干擾感知的機會式頻譜接入下多中繼協(xié)作認知MIMO系統(tǒng)的性能,考慮了不完美報告信道對頻譜檢測性能的影響,提出一種新的幀結構設計以及最佳全雙工中繼選擇和功率分配聯(lián)合優(yōu)化方案。仿真結果表明,該方案能夠獲得更好的協(xié)作頻譜感知檢測性能,以及更大的系統(tǒng)平均吞吐量。
[Abstract]:With the rapid development of wireless communication services and applications, the contradiction between the limited spectrum resources and the rapidly increasing demand is becoming increasingly prominent. Cognitive radio is an effective way to solve the problems of insufficient spectrum resources and low spectrum efficiency. Cognitive radio systems usually need to solve spectrum sensing and communication mechanism of cognitive users. In order to improve the spectrum detection performance and throughput of cognitive radio systems, this paper introduces multi-input and multi-output (MIMO) technology, cooperative relay technology and full-duplex technology into the design of cognitive radio systems. In this paper, three different cognitive radio system solutions are proposed, and the system performance under these schemes is studied. The main work and innovations are as follows: (1) the cognitive MIMO system based on full-duplex single-user is studied. A joint optimal opportunistic spectrum access scheme and an optimal power allocation scheme are proposed. Under the total transmission power constraints, the optimal perceptual time is obtained by using the three-point method and the optimal power allocation is obtained by the convex optimization algorithm. The simulation results show that, The proposed scheme can achieve higher average throughput than the optimal power allocation scheme based on the convex approximation of variable matrix programming sequences and the equal-power allocation scheme in semi-duplex mode. (2) the cognitive MIMO system with full duplex relay cooperation is studied. The full duplex relay can simultaneously assist the cognitive user source node in multi-antenna spectrum sensing and data transmission. The optimal frame structure design joint antenna selection and optimal power allocation scheme are proposed. The simulation results show that, compared with the traditional duplex equal-power allocation scheme, the multi-antenna half-duplex scheme and the single-antenna half-duplex decoding and forwarding scheme are optimized. The proposed scheme can significantly improve the average throughput of the system when the interference threshold and total transmission power increase. (3) the performance of multi-relay cooperative cognitive MIMO systems based on interference sensing is studied. Considering the effect of imperfect reporting channel on spectrum detection performance, a new frame structure design and optimal full-duplex relay selection and power allocation joint optimization scheme are proposed. Simulation results show that the proposed scheme can achieve better cooperative spectrum sensing performance and greater system average throughput.
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN919.3

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本文編號：2318840