本文關鍵詞：認知無線電中頻譜聚合技術及其資源調度的公平性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著無線通信技術的快速發(fā)展,有限的頻譜資源成為無線通信技術發(fā)展的瓶頸問題。認知無線電作為一種智能無線電技術打破了這一瓶頸問題,它是解決現有頻譜資源緊張的關鍵技術,經過十幾年的發(fā)展,認知無線電技術日漸成熟,目前IEEE802.22工作組已將認知無線電技術作為無線區(qū)域網WRAN的物理層和MAC層空中接口的標準。頻譜聚合技術于2006年首次提出,該技術提出以來受到廣泛關注,其通過對空閑頻譜碎片的合理利用為用戶提供必要的業(yè)務支持。隨著寬帶無線通信的迅速崛起,現有的頻段中很難找到滿足IMT-A(International Mobile Telecommunications-Advanced)所要求的連續(xù)100MHz帶寬,所以在LTE-A系統(tǒng)中開始研究一種特殊的頻譜聚合技術,即載波聚合技術。載波聚合技術通過對多個基本載波的聚合使用,解決了LTE-A系統(tǒng)對頻譜資源的需求。載波聚合只是頻譜聚合的一種特例,實際上頻譜聚合技術的應用非常廣泛。在頻譜聚合條件下,各個頻段的間隔可能很大,頻譜段之間存在其他通信系統(tǒng)的可能,因此頻譜聚合要求聚合后的信號保證不對其他通信系統(tǒng)造成干擾。在認知無線電環(huán)境中,認知用戶在不影響授權用戶通信的情況下,可以機會式的占用授權用戶的信道。值得指出的是,頻譜聚合對系統(tǒng)間干擾的要求與認知無線電的特點不謀而合。因此本課題將認知無線電技術與頻譜聚合技術相結合,在無線區(qū)域網的頻譜范圍內,利用認知無線電的認知能力,達到與電視廣播業(yè)務共存的目的,從而在避免干擾的前提下,保證認知用戶對寬帶業(yè)務的需求,最大限度的提升頻譜利用率。首先,本文針對短時間內一段頻譜上授權用戶工作頻段比較固定的情況,提出了一種適用于認知無線電的靜態(tài)頻譜聚合算法。該算法以現有的兩類頻譜聚合算法為基礎,一類是以接入空閑頻段的認知用戶個數為優(yōu)化目標的算法,另一類是以頻譜利用率為優(yōu)化目標的算法。靜態(tài)頻譜聚合算法同時兼顧以上兩類算法的優(yōu)化目標,在確保頻譜利用率的前提下,允許更多的認知用戶接入空閑頻譜。仿真結果表明,與另兩種算法相比所提出的靜態(tài)頻譜聚合算法,在頻譜跨度,空閑頻段個數和子載波個數最大值變化的影響下,都能保證較高的頻譜利用率,使接入空閑頻譜的認知用戶個數最大化。其次,當授權用戶隨機出現時,所提出的頻譜聚合算法要考慮授權用戶工作頻段不固定帶來的影響,即認知用戶在聚合頻譜的同時要涉及頻譜切換的因素。所以本文針對無線區(qū)域網內授權用戶工作頻段隨機的復雜情況,提出了一種頻譜聚合中的混合式切換策略。根據對現有的認知無線電頻譜切換的分析和總結,混合式切換策略吸取了主動式頻譜切換策略和反應式頻譜切換策略的優(yōu)越性。本文結合頻譜聚合對頻譜資源的需求特征,建立了混合式切換策略的基本模型,同時歸納出具體的操作步驟。與主動式和反應式的切換策略相比,混合式切換策略實現了兩者的切換延時和切換次數的折中。另外,該切換策略通過候選信道的建立使認知用戶在發(fā)生切換時能立即尋找目標信道,進一步減少切換延時。對于每個認知用戶來說,候選信道要根據切換概率大小來排序。每次切換發(fā)生時,認知用戶都會選擇切換概率最小的候選信道作為目標信道,以便減少二次切換的發(fā)生。這種優(yōu)良的切換策略和機制對于研究復雜場景下頻譜聚合的性能指標具有重要的意義。最后,本文針對頻譜聚合中由于位置因素引發(fā)的認知用戶對系統(tǒng)資源占用不公平的問題,提出一種頻譜聚合中的位置比例公平調度算法。資源調度的公平性是保證認知用戶頻譜聚合公平性的前提。在單一基站下的認知用戶對頻譜資源的占用會因地理位置的變化而改變。離基站較近的位置,可用來聚合的頻譜資源較多;處于基站頻率覆蓋邊緣的位置,可用來聚合的頻譜資源較少。本文在頻譜聚合資源調度系統(tǒng)模型的基礎上,建立了頻譜聚合比例公平調度準則。通過對位置因素導致不公平現象的分析,引入位置權重因子的概念。在權重因子的調節(jié)下,認知用戶間的優(yōu)先級差別變小,從而使系統(tǒng)資源調度相對公平。仿真結果表明位置比例公平調度算法在可聚合頻譜資源受限的區(qū)域使認知用戶提高了優(yōu)先級,從而解決了頻譜聚合不公平的問題。
【關鍵詞】：認知無線電 頻譜聚合 頻譜切換 公平性調度
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN925
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-32
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義14-18
• 1.1.1 研究背景14-17
• 1.1.2 研究的目的和意義17-18
• 1.2 認知無線電的國內外研究現狀18-24
• 1.2.1 認知無線電概念18-20
• 1.2.2 國內外研究現狀及分析20-24
• 1.3 頻譜聚合的概念及研究現狀24-29
• 1.3.1 頻譜聚合的概念及意義24-25
• 1.3.2 頻譜聚合的國外研究現狀25-27
• 1.3.3 頻譜聚合的國內研究現狀27-29
• 1.4 論文主要內容及結構29-32
• 第2章 頻譜聚合技術及其公平性理論研究32-53
• 2.1 引言32-33
• 2.2 頻譜聚合方案研究33-35
• 2.2.1 頻譜聚合分類33-34
• 2.2.2 組合優(yōu)化簡介34-35
• 2.3 認知無線電頻譜切換研究35-42
• 2.3.1 頻譜切換的意義36-37
• 2.3.2 頻譜切換關鍵技術37-39
• 2.3.3 頻譜切換基本模型39-41
• 2.3.4 頻譜切換性能指標41-42
• 2.4 公平性調度研究42-52
• 2.4.1 資源調度的影響因素42-43
• 2.4.2 資源調度算法分類43-48
• 2.4.3 公平性調度準則48-50
• 2.4.4 公平性調度算法50-52
• 2.5 本章小結52-53
• 第3章 認知無線電中靜態(tài)頻譜聚合算法53-70
• 3.1 引言53-54
• 3.2 靜態(tài)頻譜聚合系統(tǒng)模型54-55
• 3.3 基于組合優(yōu)化的頻譜聚合算法研究55-59
• 3.3.1 靜態(tài)頻譜聚合算法的優(yōu)化目標56-57
• 3.3.2 靜態(tài)頻譜聚合算法步驟57-59
• 3.4 仿真驗證及性能分析59-69
• 3.4.1 靜態(tài)頻譜聚合算法性能仿真60-64
• 3.4.2 算法比較及分析64-69
• 3.5 本章小結69-70
• 第4章 頻譜聚合中混合式頻譜切換策略70-99
• 4.1 引言70-71
• 4.2 頻譜聚合中頻譜切換系統(tǒng)模型71-72
• 4.3 頻譜聚合中切換策略的分析72-82
• 4.3.1 主動式頻譜切換72-74
• 4.3.2 反應式頻譜切換74-76
• 4.3.3 頻譜切換延時76-82
• 4.4 混合式切換策略的研究82-86
• 4.4.1 候選信道及切換概率82-83
• 4.4.2 混合式切換策略的建立83-86
• 4.5 仿真驗證及性能分析86-98
• 4.5.1 混合式切換策略性能分析86-92
• 4.5.2 策略比較及性能分析92-98
• 4.6 本章小結98-99
• 第5章 頻譜聚合中位置比例公平調度算法99-117
• 5.1 引言99-100
• 5.2 頻譜聚合公平性調度系統(tǒng)模型100-102
• 5.3 頻譜聚合比例公平調度準則102-105
• 5.3.1 認知用戶公平性調度準則的建立102-104
• 5.3.2 認知用戶到達概率及服務時間104-105
• 5.4 頻譜聚合位置信息公平性研究105-110
• 5.4.1 認知用戶位置信息及優(yōu)先級106-108
• 5.4.2 位置比例公平調度算法步驟108-109
• 5.4.3 公平性調度評價指標109-110
• 5.5 仿真驗證及性能分析110-116
• 5.5.1 認知用戶的頻譜聚合帶寬110-113
• 5.5.2 Jain公平性指數113-114
• 5.5.3 帶寬抖動指數114-116
• 5.6 本章小結116-117
• 結論117-119
• 參考文獻119-131
• 攻讀博士學位期間所發(fā)表的論文及其它成果131-133
• 致謝133-134
• 個人簡歷134

  本文關鍵詞：認知無線電中頻譜聚合技術及其資源調度的公平性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：261927