淡谈认知无线电信体系之协作通信技术

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1、淡谈认知无线电信体系之协作通信技术第一章绪论1.1课题研究背景与意义近几十年来，无线通信技术发展飞快，移动通信技术的变化更是日新月异。随着人们对无线通信通话质量和传输速率的要求越来越高，如何扩大信道容量，提高频带利用率已经成为通信领域研究的主要热点。由于无线信道的多径、时延等特性决定了其与有线通信的本质性不同。有线信道相对稳定，而无线信道则处在无时无刻的变化中。而且，有线信道通常是固定的，即两点之间只有一条路径，但是，在无线通信中，由于空间的扩展，两点之间通常存在多条路径，这也使得无线传输出现了多径效应。如何合理的利用多径效应也是当今研究的热点。衰落是多径效

2、应最主要的表现形式。无线通信中的衰落[1]主要有大尺度衰落和小尺度衰落两种。大尺度衰落表现为电磁波在传播路径上受到建筑物、山坡等物质的阻挡引起的阴影效应而产生的损耗，它反映了中等范围内接收电平变化而产生的消耗，一般来说变化较慢，又称为慢衰落；小尺度衰落主要由多径传播引起，反映了较小范围内接收电平产生的消耗，一般变化较快，又称为快衰落。为了克服上述两种衰落带来的影响，致力于无线通信多面的学者们已经提出了多种有效的方法。通过增大发送端发送功率或者减小区间尺寸可以有效抑制大尺度衰落；信道编码，分集技术，信道估计，信道均衡等方法则可以抑制小尺度衰落[2]。空间分集是

3、最常见也是最重要的一种分集技术，最有代表性的系统为多输入多输出系统（Multi-InputMulti-Output，MIMO）。MIMO系统通过天线阵列进行消息的发送与接收，在不增加系统功率和信道带宽的情况下有效地提高了系统容量，成功对抗了多径衰落。虽然MIMO系统极大的提高了系统容量，但是由于终端的天线规模的限制，以及对各天线之间的相关性要求，功率控制方面的严格要求，该系统在具体实现上仍然有较大的困难。因此，对于单天线情形下如何实现空间分集成为下一代网络的研究热点。协作通信技术的提出很好的解决了这一问题。1998年Sendonaris首先提出了协作通信[3

4、]（Cooperativemunication，CC）的概念。协作通信的基本思想是每一个终端都拥有一个或多个协，将该协的天线当成自己的天线，从而实现虚拟的MIMO系统，完成高效率高质量的通信。随着对协作通信技术研究的不断深入，各种协作分集的实现策略如雨后春笋般不断被提出。Hunter[4-5]创造性地将信道编码与协作分集结合，提出了编码协作方式，系统在获得分集增益的同时还能获得编码增益，进一步提升了系统性能。随着编码协作方式的出现，网络编码[6](Netdash;频谱利用率。无线通信技术的飞速发展固然使人们享受到了高质量的通信，但是频谱资源也变得日益紧张。据

5、美国联邦通信委员会（FCC）一项调查，目前分配的频谱资源利用率基本上处在[0.15,0.85]这个区间[7]，也就是说，频谱资源的利用率相当低下。如果不能克服这个限制无线通信发展的瓶颈，那么距离达到人们对通信的要求还有相当遥远的一段路程要走。针对频谱利用率不高的情况，Mitola[8-9]在1999年提出了认知无线电（CognitiveRadio，CR）的概念。认知无线电的核心思想就是合法用户可以通过实时地感知通信环境，寻求接入频谱的机会，最大化利用频谱，解决频谱资源紧张的问题。认知无线电的主要工作包括无线频谱分析、信道识别、发射功率控制和动态频谱资源管理。

6、频谱感知技术是CR应用的基础和前提。现有的频谱感知技术可以分为单节点感知和协同感知。动态频谱分配可用来协调多个认知用户之间频谱的选择，以最大化提高频谱利用率。功率控制可以有效的控制各用户之间的干扰，使系统性能达到最优。认知无线电技术已经在UESH和].Cambridgeuniversitypress,2003.[2]田斌,帖翔,任光亮译.无线通信[J].北京:电子工业出版社,2008.[3]SENDONARISA,ERKIPE,AAZHANGB.Usercooperationdiversity.PartII.Implementationaspectsandp

7、erformanceanalysis[J].munications,IEEETransactionson,2003,51(11):1939-1948.[4]HUNTERTE,NOSRATINIAA.Diversitythroughcodedcooperation[J].ITOLAIIIJ,MaguireJRGQ.Cognitiveradio:makingsoftorepersonal[J].Personalmunications,IEEE,1999,6(4):13-18.[9]MITOLAIiiJ.Cognitiveradioforflexiblemobil

8、emultimediamunications[J].