本文關(guān)鍵詞：認知無線網(wǎng)絡(luò)中的高效頻譜利用和性能分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在智能手機、平板電腦等設(shè)備以及社交網(wǎng)絡(luò)、流媒體、在線游戲等業(yè)務(wù)的驅(qū)動下,移動通信網(wǎng)絡(luò)的流量呈指數(shù)級增長。在這種情況下第五代移動通信技術(shù)(fifth generation mobile communications,5G)應(yīng)運而生。5G的重要需求之一是容量1000倍增長,容量增長的途徑主要有異構(gòu)組網(wǎng)、新頻譜資源、高效傳輸技術(shù)等,其中又以異構(gòu)組網(wǎng)和新頻譜資源對容量增長的貢獻最為顯著。而認知無線網(wǎng)絡(luò)即致力于解決這兩個問題,以改善頻譜利用效率、提升無線網(wǎng)絡(luò)容量為目標(biāo)。認知無線網(wǎng)絡(luò)可以獲取多域(無線域、網(wǎng)絡(luò)域、政策域、用戶域等)的環(huán)境和資源信息,即認知信息。在準(zhǔn)確快速的認知信息獲取和傳遞的前提下,認知無線網(wǎng)絡(luò)通過學(xué)習(xí)、決策和執(zhí)行來重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù),通信協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)拓撲,甚至硬件結(jié)構(gòu),從而可以適應(yīng)動態(tài)變化的環(huán)境,提升認知無線網(wǎng)絡(luò)的容量。具體到本文側(cè)重的無線域的頻譜資源,快速準(zhǔn)確的認知信息獲取和傳遞是認知無線網(wǎng)絡(luò)高效頻譜利用的前提。高效地接入無線域的空間、時間、角度、高度等維度的頻譜機會是實現(xiàn)認知無線網(wǎng)絡(luò)高效頻譜利用的重要方法。而容量提升是認知無線網(wǎng)絡(luò)高效頻譜利用的目標(biāo)。因此為了實現(xiàn)認知無線網(wǎng)絡(luò)的高效頻譜利用,本文首先研究認知信息獲取和傳遞,在此基礎(chǔ)上研究多維頻譜接入,并且分析多維頻譜接入帶來的容量提升。本文主要研究內(nèi)容如下：(1) 認知無線網(wǎng)絡(luò)中認知信息表征、度量和傳遞理論。為了實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的認知信息獲取和傳遞,本文研究認知信息的表征和度量。首先研究認知信息的表征理論,針對空間和時問維度的認知信息,使用“地理熵”和“時間熵”描述空時頻譜狀態(tài)的不確定性,使用“無線電參數(shù)誤差”描述認知信息表征的錯誤率,并且分析地理熵、時問熵、無線電參數(shù)誤差的數(shù)學(xué)性質(zhì)。其次建立認知信息度量理論,使用“認知信息量”統(tǒng)一量化多維認知信息,得到認知信息量與頻譜利用率、系統(tǒng)干擾概率的關(guān)系,并將認知信息量應(yīng)用于頻譜檢測的參數(shù)優(yōu)化中。最后本文基于認知信息表征理論設(shè)計快速準(zhǔn)確的認知信息傳遞方案,實現(xiàn)移動環(huán)境下的認知信息高效傳遞。(2) 認知無線網(wǎng)絡(luò)空時二維頻譜機會�？諘r頻譜接入可以提升認知無線網(wǎng)絡(luò)的容量,但是在之前的研究中空時頻譜空洞的位置計算一直是個空白。本文為空時頻譜檢測和接入設(shè)計了“黑白灰”三區(qū)劃分的架構(gòu)。其中黑區(qū)只允許主用戶部署,灰區(qū)的次用戶有時間維度頻譜機會,而白區(qū)的次用戶有空間維度頻譜機會。本文從理論上得到了三區(qū)的邊界,獲得了灰區(qū)和白區(qū)之間的過渡區(qū)存在的條件,并且通過動態(tài)頻譜租賃的視角得到最優(yōu)的黑區(qū)半徑。最后,本文仿真展示了三區(qū)半徑和系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系,并且驗證了空時頻譜接入可以填補主網(wǎng)絡(luò)的“容量盲區(qū)”,提升整個區(qū)域的容量。(3) 認知無線網(wǎng)絡(luò)角度維頻譜機會。為了擴展認知無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸自由度,提升認知無線網(wǎng)絡(luò)的容量,本文研究認知無線網(wǎng)絡(luò)利用角度維頻譜機會的容量尺度律。本文首先分析角度維度頻譜機會的統(tǒng)計特性,得到角度維度頻譜機會的概率密度函數(shù)及期望。然后考察次網(wǎng)絡(luò)利用角度維度頻譜機會的情況下對主網(wǎng)絡(luò)的影響,基于此設(shè)計了主次網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,以保證二者可以正常工作。最后本文分析采用方向性傳輸?shù)恼J知無線網(wǎng)絡(luò)的容量。這部分的研究證明了：相比于利用空時維度頻譜機會的情形,認知無線網(wǎng)絡(luò)采用角度維度頻譜機會可以進一步提升網(wǎng)絡(luò)容量。(4) 認知無線網(wǎng)絡(luò)高度維頻譜機會。為了進一步提升認知無線網(wǎng)絡(luò)的容量,本文研究利用高度維傳輸自由度的認知無線網(wǎng)絡(luò)容量尺度律,構(gòu)建3D (Three Dimensional)認知無線網(wǎng)絡(luò),以充分利用高度維頻譜機會。本文首先設(shè)計了3D認知無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,以保證主次網(wǎng)絡(luò)正常工作。然后本文通過分析3D認知無線網(wǎng)絡(luò)的路由密度與干擾,得到3D認知無線網(wǎng)絡(luò)的容量尺度律,理論證明了：相比認知無線網(wǎng)絡(luò)的二維部署,認知無線網(wǎng)絡(luò)利用高度維度的頻譜機會可以提升網(wǎng)絡(luò)容量。最后對本文的主要工作進行了總結(jié),并且對未來研究進行了展望。
【關(guān)鍵詞】：認知無線網(wǎng)絡(luò) 認知信息表征和傳遞 三區(qū)劃分 方向性傳輸 3D認知無線網(wǎng)絡(luò)
【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】：2015
【分類號】：TN92
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-50
• 1.1 研究背景及意義12-22
• 1.1.1 認知無線網(wǎng)絡(luò)的研究背景12-15
• 1.1.2 認知無線網(wǎng)絡(luò)的主要研究內(nèi)容15-22
• 1.2 研究現(xiàn)狀22-27
• 1.2.1 認知信息的獲取和傳遞22-24
• 1.2.2 多維頻譜空洞檢測與接入24-26
• 1.2.3 認知無線網(wǎng)絡(luò)容量分析26-27
• 1.3 主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新27-31
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)31-32
• 參考文獻32-50
• 第二章 認知無線網(wǎng)絡(luò)中認知信息表征、度量與傳遞50-110
• 2.1 研究背景50-52
• 2.2 認知信息的表征理論52-72
• 2.2.1 空間維度認知信息53-65
• 2.2.2 時間維度認知信息65-70
• 2.2.3 空時表征的對偶性70-72
• 2.3 認知信息度量方法72-83
• 2.3.1 認知信息量的概念72-74
• 2.3.2 認知信息量的性質(zhì)74-81
• 2.3.3 認知信息量的應(yīng)用81-83
• 2.4 認知信息傳遞方法83-95
• 2.4.1 理論分析84-87
• 2.4.2 算法設(shè)計87-95
• 2.5 仿真結(jié)果與分析95-104
• 2.5.1 認知信息表征方法95-97
• 2.5.2 認知信息度量97-99
• 2.5.3 認知信息傳遞方法99-104
• 2.6 結(jié)論104
• 參考文獻104-110
• 第三章 認知無線網(wǎng)絡(luò)空時二維頻譜機會110-146
• 3.1 研究背景110-112
• 3.2 系統(tǒng)模型112-114
• 3.3 灰區(qū)的時間維度頻譜機會114-123
• 3.3.1 精確結(jié)果115-119
• 3.3.2 基于中心極限定理的結(jié)果119-122
• 3.3.3 噪聲不確定性對灰區(qū)半徑的影響122-123
• 3.4 白區(qū)的空間維度頻譜機會123-128
• 3.4.1 精確法123-125
• 3.4.2 補充法125
• 3.4.3 白區(qū)的半徑125-127
• 3.4.4 噪聲不確定性對白區(qū)半徑的影響127-128
• 3.5 三區(qū)的半徑128-132
• 3.5.1 單主用戶網(wǎng)絡(luò)的三區(qū)半徑128
• 3.5.2 多主用戶網(wǎng)絡(luò)的三區(qū)半徑128-130
• 3.5.3 最優(yōu)的黑區(qū)半徑130-131
• 3.5.4 過渡區(qū)的存在性131-132
• 3.6 仿真結(jié)果與分析132-142
• 3.6.1 三區(qū)的性能132
• 3.6.2 灰區(qū)的半徑132-134
• 3.6.3 白區(qū)的半徑134-136
• 3.6.4 過渡區(qū)136-138
• 3.6.5 最優(yōu)的黑區(qū)半徑138-142
• 3.6.6 典型IEEE 802.22的應(yīng)用場景142
• 3.7 結(jié)論142
• 參考文獻142-146
• 第四章 認知無線網(wǎng)絡(luò)角度維頻譜機會146-180
• 4.1 研究背景146-149
• 4.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和定義149-161
• 4.2.1 主次用戶的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議149-152
• 4.2.2 鏈路容量、吞吐量容量和連通性的定義152-153
• 4.2.3 角度維度頻譜機會的定義153-160
• 4.2.4 允許次用戶等待的網(wǎng)絡(luò)連通性分析160-161
• 4.3 認知無線網(wǎng)絡(luò)采用方向性傳輸?shù)娜萘糠治?/span>161-166
• 4.3.1 主網(wǎng)絡(luò)的吞吐量161-163
• 4.3.2 次網(wǎng)絡(luò)的吞吐量：OTOR163
• 4.3.3 次網(wǎng)絡(luò)的吞吐量：DTOR163-165
• 4.3.4 次網(wǎng)絡(luò)的吞吐量：OTDR165-166
• 4.3.5 次網(wǎng)絡(luò)的吞吐量：DTDR166
• 4.4 不允許次用戶等待的網(wǎng)絡(luò)連通性分析166-175
• 4.4.1 次網(wǎng)絡(luò)在HDP-VDP路由下的連通性167-169
• 4.4.2 次網(wǎng)絡(luò)在環(huán)繞路由下的連通性169-175
• 4.5 結(jié)論175-176
• 參考文獻176-180
• 第五章 認知無線網(wǎng)絡(luò)高度維頻譜機會180-198
• 5.1 研究背景180-182
• 5.2 系統(tǒng)模型182-183
• 5.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型182
• 5.2.2 信道模型182-183
• 5.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議183-191
• 5.3.1 主次網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議183-190
• 5.3.2 允許次用戶等待的網(wǎng)絡(luò)連通性分析190-191
• 5.4 吞吐量尺度定律191-194
• 5.4.1 主網(wǎng)絡(luò)的吞吐量尺度律191-194
• 5.4.2 次網(wǎng)絡(luò)的吞吐量尺度律194
• 5.5 結(jié)論194-195
• 參考文獻195-198
• 第六章 總結(jié)與展望198-202
• 6.1 論文總結(jié)198-199
• 6.2 未來研究展望199-202
• 縮略語202-204
• 致謝204-208
• 攻讀博士期間發(fā)表的論文及申請的專利208-210

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 夏志成;羅進文;商艷麗;;第三代移動通信系統(tǒng)頻譜效率的研究[J];信息技術(shù);2007年10期

2 黃曉宇;劉望軍;;寬帶無線通信網(wǎng)絡(luò)中頻譜效率的計算方法[J];中國無線電;2006年01期

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本文編號：276102