【正文】 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院 畢 業(yè) 論 文 題 目 基于帶內(nèi)頻譜感知的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的累加干擾 擾模型分析 學(xué)生姓名 朱媛 學(xué) 號(hào) 12100314 專 業(yè) 通信工程 班 級(jí) C1003 指導(dǎo)教師 張紅 20xx 年 5 月 I 摘 要 對(duì)認(rèn)知無(wú)線電中機(jī)會(huì)頻譜接入下認(rèn)知用戶對(duì)主用戶系統(tǒng)造成的累加干擾進(jìn)行模型分析。首先采用帶內(nèi)感知的方式進(jìn)行頻譜感知 ,減小了頻譜與信令開銷 ,降低應(yīng)用成本 。隨后利用二維極坐標(biāo)圖建立了主用戶接收機(jī)處的累 加干擾模型 ,并進(jìn)一步分析主用戶接收機(jī)處的信干比與認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)的感知范圍、主用戶發(fā)射機(jī)到接收機(jī)之間的距離、路徑損耗衰減指數(shù)等之間的關(guān)系。通過數(shù)值仿真可看出 ,基于累加干擾模型 ,認(rèn)知用戶不僅能充分利用頻譜資源而且可以盡量減小對(duì)主用戶造成的干擾。 關(guān)鍵詞 ： 認(rèn)知無(wú)線電 累加干擾分析 信干比 感知范圍 II Abstract The opportunity for cognitive radio spectrum access cognitive users caused by the accumulation of the user system under interference model analysis. First USES the inband spectrum perception in the form of perception of reduced the frequency spectrum and signaling overhead, decrease the cost of application。 Then 2 d polar diagram is used to establish the primary user receiver of accumulative interference model, and further analysis of the main user receiver letter than dry and cognitive scope of the user39。s perception of the transmitter, the main users the distance between the transmitter to the receiver, the relationship between the attenuation index such as path loss. You can see through numerical simulation, based on the accumulative interference model, cognitive users can not only make full use of spectrum resources but can minimize interference to primary user Keywords: Cognitive radio Accumulative interference analysis Dry ratio perceive III 目 錄 摘 要 .................................................I Abstract ............................................... II 第一章 緒論 ............................................. 1 引言 ........................................................ 1 認(rèn)知無(wú)線電的綜述 ............................................ 2 認(rèn)知無(wú)線電的概念和特點(diǎn) ................................. 2 認(rèn)知無(wú)線電的功能 ....................................... 3 認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展 ................................... 5 本文研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 ...................................... 6 第二章 認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)累加干擾綜述 ........................ 7 基于認(rèn)知無(wú)線電的 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) ............................ 7 認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的干擾問題研究 ............................... 10 機(jī)會(huì)頻譜接入 .......................................... 10 主用戶對(duì)認(rèn)知用戶的干擾 ................................ 12 認(rèn)知用戶對(duì)主用戶的干擾 ................................ 12 認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)累加干擾的分析方法 ........................... 13 干擾管理 .............................................. 13 建模分析 .............................................. 14 干擾約束 .............................................. 16 第三章 基于帶內(nèi)頻譜感知的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)累加干擾模型分析 .. 18 認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型 ..................................... 18 網(wǎng)絡(luò)模型 .............................................. 18 信道模型 .............................................. 19 干擾約束 .............................................. 20 頻譜感知 .............................................. 21 基于帶內(nèi)頻譜感知的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)累加干擾模型 ............... 24 認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)累加干擾模型 .................................. 24 主用戶接收機(jī)位于主用戶發(fā)射機(jī)的保護(hù)范圍之外 ............ 26 主用戶接收機(jī)位于主用戶發(fā)射機(jī)的保護(hù)范圍之內(nèi) ............ 27 仿真結(jié)果與分析 ............................................. 28 總結(jié) ................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 致謝 ................................................... 32 參考文獻(xiàn) ............................................... 33 第一章 緒論 1 第一章 緒論 引言 現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中的無(wú)線頻譜資源作為一種自然資源，一直由無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)籌分配。但是，隨著信息時(shí)代的到來(lái)，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)無(wú)線通信業(yè)務(wù)的需求不斷加劇，各種無(wú)線通 信技術(shù)的發(fā)展日新月異，可用的無(wú)線頻譜資源作為一種不可或缺的自然資源正面臨逐漸枯竭的困境。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（ Federal Communications Commission, FCC） 在 20xx 發(fā)表的頻譜政策特別工作組工作報(bào)告中指出：無(wú)線頻譜資源缺乏的主要原因不是可用無(wú)線頻譜資源在物理意義上的匱乏，而是固定的頻譜管理政策導(dǎo)致的頻譜利用率低下。事實(shí)上，通過對(duì)城市高收入地區(qū)的無(wú)線電頻譜使用情況掃描可以發(fā)現(xiàn)， 如圖 11 所示：有些頻譜資源大部分時(shí)間幾乎是空閑的，有些頻譜資源是有時(shí)被占用，但同時(shí)也有部分頻譜資源是被 過度使用。 FCC 進(jìn)一步指出，可用的無(wú)線頻譜資源的利用在時(shí)空上的變化范圍為 15%～ 85%，有限的可用無(wú)線頻譜資源和無(wú)效的頻譜利用使得機(jī)會(huì)地利用當(dāng)前的無(wú)線頻譜資源這種新的通信范例成為必要 。 圖 11 美國(guó)紐約地區(qū)的頻譜利用情況 面對(duì)無(wú)線頻譜資源利用率低下的情況，電子工程學(xué)科、經(jīng)濟(jì)學(xué)科、無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)等組織機(jī)構(gòu)的研究人員都在積極尋找更合理的頻譜管理政策和技術(shù)，同時(shí)也提出了各種各樣的頻譜改革理論，如動(dòng)態(tài)頻譜接入 （ Dynamic Spectrum Access, DSA） 與動(dòng)態(tài)頻譜管理 （ Dynamic Spectrum Allocation） 、 頻譜專有權(quán)（ Spectrum Property Rights） 與頻譜共享 （ Spectrum Commons）、 機(jī)會(huì)頻譜接入（ Opportunistic Spectrum Access, OSA） 與頻譜池 （ Spectrum Pooling）、 頻譜平南京師范大學(xué)泰州學(xué)院本科生畢業(yè)論文 2 鋪 （ Underlay） 模式與頻譜覆蓋 （ Overlay） 模式等。認(rèn)知無(wú)線電（ Cognitive Radio, CR）作為對(duì)這一系列理論技術(shù)的融合，從根本上改變了當(dāng)前的固定頻譜使用方式，被認(rèn)為 是實(shí)現(xiàn)頻譜資源動(dòng)態(tài)管理、提高頻譜利用率的最佳方案。 認(rèn)知無(wú)線電的 綜述 認(rèn)知無(wú)線電的概念和特點(diǎn) 認(rèn)知無(wú)線電的概念最初由瑞典的 Joseph Mitola 博士在 1999 年發(fā)表的著作中提出的。他提出的認(rèn)知無(wú)線電作為對(duì)軟件無(wú)線電的進(jìn)一步擴(kuò)展，采用基于模型的推理方法實(shí)現(xiàn)特定的無(wú)線電頻譜使用規(guī)則，通過無(wú)線電知識(shí)描述語(yǔ)言（ Radio Knowledge Representation Language, RKRL）實(shí)現(xiàn)各功能模塊，從而提高個(gè)人無(wú)線通信業(yè)務(wù)的靈活性，更好地滿足用戶的需求。 相比與 Mitola 對(duì)認(rèn)知無(wú)線電的認(rèn)識(shí)， FCC 對(duì)認(rèn)知無(wú)線電的定義更能為業(yè)界所接受。 FCC 認(rèn)為，認(rèn)知無(wú)線電是具備感知能力的無(wú)線通信系統(tǒng)；感知能力是指無(wú)線電能夠通過與其運(yùn)行環(huán)境之間的交互捕獲信息，并據(jù)此選擇最佳頻譜和適當(dāng)?shù)牟僮鲄?shù)的能力。 著 名 加 拿 大 通 信 專 家 Simon Haykin 在著作“ Cognitive radio: brainempowered wireless munications”中對(duì)認(rèn)知無(wú)線電的定義進(jìn)行進(jìn)一步完善：認(rèn)知無(wú)線電是一個(gè)智能無(wú)線通信系統(tǒng)，它能夠感知周圍無(wú)線環(huán)境（如外部世界），通過理解構(gòu)建的方式對(duì)環(huán) 境進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)特定的無(wú)線操作參數(shù)的實(shí)時(shí)改變，調(diào)整系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)以適應(yīng)外部無(wú)線環(huán)境的變化，從而實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。其中，認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)能力、智能性、可靠性、高效性、自適應(yīng)性是實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的關(guān)鍵。 從以上定義中可以看出，認(rèn)知無(wú)線電與其它傳統(tǒng)無(wú)線電系統(tǒng)的最大區(qū)別在于： ① 認(rèn)知特性 認(rèn)知特性是指認(rèn)知無(wú)線電能夠通過感知周圍無(wú)線環(huán)境獲得所需信息，從而識(shí)別最優(yōu)的可用頻譜。認(rèn)知能力的實(shí)現(xiàn)通常包括頻譜感知、頻譜分析和頻譜判決三個(gè)步驟。其中，頻譜感知的主要任務(wù)是檢測(cè)可用頻段，頻譜分析用來(lái)估計(jì)頻譜感知所獲得的頻譜 信息，頻譜判決則根據(jù)頻譜特性和用戶需求選擇最合適第一章 緒論 3 的頻段進(jìn)行通信。 ② 重配置能力 重配置能力指認(rèn)知無(wú)線電能夠根據(jù)無(wú)線環(huán)境動(dòng)態(tài)編程，通過調(diào)整內(nèi)部參數(shù)達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)性能。重配置的參數(shù)包括載波頻率、調(diào)制方式、發(fā)射功率等。重配置的目的是在不對(duì)主用戶造成有害干擾的前提下，利用可用頻譜資源為認(rèn)知無(wú)線電提供可靠的通信服務(wù)。 認(rèn)知無(wú)線電的功能 Ian. F 提出下一代通信網(wǎng)絡(luò)（ NeXt Generation, xG）的概念，這種網(wǎng)絡(luò)可以通過認(rèn)知無(wú)線電的軟硬件支持機(jī)會(huì)地利用授權(quán)頻譜中未使用的頻譜，有效地提高通信帶寬 和頻譜利用率。在描述 xG 網(wǎng)絡(luò)的整體結(jié)構(gòu)和組成部分時(shí)， Ian. F 將傳統(tǒng)的、具有頻譜使用權(quán)的用戶稱為授權(quán)用戶（ Licensed User）或主用戶（ Primary User），將新出現(xiàn)的、不具有頻譜使用權(quán)的用戶稱為未授權(quán)用戶（ Unlicensed User）、次用戶（ Secondary User）或認(rèn)知用戶（ CR User）。 認(rèn)知無(wú)線電的最終目標(biāo)是通過認(rèn)知用戶的認(rèn)知能力和重配置能力獲得最優(yōu)的可用頻譜資源。但是，大部分可用頻譜資源已經(jīng)被授權(quán)使用于不同的通信領(lǐng)域。認(rèn)知無(wú)線電面臨的最大挑戰(zhàn)是認(rèn)知用戶如何在不干擾主 用戶通信的情況下機(jī)會(huì)地利用主用戶系統(tǒng)中的頻譜空穴進(jìn)行通信；其中，頻譜空穴（ Spectrum Holes），如 圖 12所示，亦稱空白頻譜（ White Spaces），是指在特定時(shí)間和特定地理位置內(nèi)未被主用戶占用的授權(quán)頻譜。 頻 率功 率時(shí) 間被 授 權(quán) 用 戶 占 用 的 頻 譜動(dòng) 態(tài) 頻 譜 接 入頻 譜 空 穴 圖 12 頻譜空穴 認(rèn)知無(wú)線電一方面要在避免對(duì)主用戶系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的情況下“見縫插針”南京師范大學(xué)泰州學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 地利用頻譜空穴，一方