認知無線電中繼協(xié)作系統(tǒng)性能分析與功率分配策略.pdf

1、當今無線通信技術主要面臨頻譜資源匱乏與信道衰落作用兩大問題。隨著無線通信技術的高速發(fā)展與廣泛運用，無線通信技術在日常生活中隨處可見，同時隨之而來的有限頻譜資源的匱乏問題也越發(fā)凸顯。為了解決日趨緊張的頻譜資源匱乏問題，人們提出了認知無線電(CR)的概念，即是在保證授權用戶的通信質量的前提下，無線通信終端可以按某種伺機占用（Opportunistic Way）的方式工作在授權頻譜段內來提高頻譜利用率。另一方面，在應對信道衰落作用中，中繼協(xié)作

2、是近幾年發(fā)展起來的一種空間分集技術，它能有效對抗無線信道衰落作用并提高無線通信系統(tǒng)終端性能指標。因此，基于認知無線電與中繼協(xié)作兩大技術所提出的認知無線電中繼協(xié)作系統(tǒng)相關研究受到了學術界的廣泛關注。其中認知無線電中繼協(xié)作系統(tǒng)的中斷概率、平均吞吐量、誤碼率都是上述領域所研究的熱點問題。
　　本文以雙跳認知無線電中繼協(xié)作系統(tǒng)作為研究背景，分別針對瑞利衰落信道（Rayleigh fading）模型下的認知無線電中繼系統(tǒng)的中斷性能以及功率分

3、配問題進行了分析、研究，其中研究對象由設有若干主用戶節(jié)點的主網(wǎng)絡和設有若干次級用戶終端（SU）的次級網(wǎng)絡構成。為了保障主用戶的服務質量，次級網(wǎng)絡各終端之間的通信受主用戶節(jié)點（PU）上頻譜共享條件的嚴格限制，即其傳輸功率對各主用戶節(jié)點的干擾受限于主用戶的干擾功率限值。本文主要研究的認知無線電中繼協(xié)作通信場景包括：單源節(jié)點、多中繼、單主用戶節(jié)點、多主用戶節(jié)點、終端最大傳輸功率限制；研究的協(xié)作方式主要有：譯碼轉發(fā)（DF）、放大轉發(fā)（AF）；研

4、究的接收合并方式有最大比合并（MRC）、選擇放大轉發(fā)（S-AF）、聯(lián)合中繼轉發(fā)（AP）?；诮y(tǒng)計學和信息論，本文著重推導了不同系統(tǒng)通信場景、不同轉發(fā)方式下的中斷概率（OP）、平均吞吐量（EC）、誤碼率（SER）等一系列性能指標的閉合解析式來分析不同參數(shù)對系統(tǒng)中斷性能的影響，并給出了各個通信場景下的最優(yōu)功率分配（OPA）方案。
　　本文主要研究工作包括：
　　1.分別針對基于MRC、AP的單主用戶多中繼認知協(xié)作DF中繼系統(tǒng)推導

5、得到其中斷概率、平均吞吐量、誤碼率的閉合公式；
　　2.分別針對基于MRC、AP的多主用戶多中繼認知協(xié)作DF中繼系統(tǒng)推到得到其中斷概率；
　　3.分別針對在最大傳輸功率限制下的基于MRC、AP-DF的單主用戶多中繼認知協(xié)作 DF中繼網(wǎng)絡系統(tǒng)的推導得到中斷概率閉合公式；
　　4.分別針對在最大傳輸功率限制下的基于MRC、AP的多主用戶多中繼認知協(xié)作DF中繼網(wǎng)絡系統(tǒng)推到得到其中斷概率閉合公式；
　　5.分別針對基于

6、S-AF、AP-AF認知無線電中繼協(xié)作系統(tǒng)推到得到中斷概率閉合公式；
　　6.分別針對在最大傳輸功率限制下的基于 S-AF、AP-AF單主用戶認知無線電中繼協(xié)作系統(tǒng)的中斷概率閉合公式進行推導；
　　7.分別針對基于 S-AF、AP-AF認知無線電中繼協(xié)作多主用戶系統(tǒng)的中斷概率閉合公式進行推導；
　　8.針對MRC-DF、AP-DF、S-AF、APAF認知無線電中繼協(xié)作系統(tǒng) OPA策略研究，通過拉格朗日乘子法推導得到各次

7、級終端上的最優(yōu)傳輸功率并比較 OPA策略與平均功率分配下的中斷概率、平均吞吐量；最后本文不僅給出上述基于不同通信場景下中斷性能仿真曲線來驗證相應理論公式推導的正確性，還對不同參數(shù)下的中斷性能數(shù)值結果進行了比較，來深度分析各參數(shù)對系統(tǒng)中斷性能的影響。
　　由上述比較發(fā)現(xiàn)有如下參數(shù)規(guī)律：
　　1.認知無線電中繼協(xié)作系統(tǒng)的分集增益等于系統(tǒng)鏈路數(shù)量，系統(tǒng)中繼終端的增多不僅有利于提高分集增益還能改善中斷概率，而針對主用戶數(shù)量的增加卻會