全双工认知无线中继网络频谱感知与中继选择研究

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1、全双工认知无线中继网络频谱感知与中继选择研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：袁杨指导教师：冯文江教授专业：通信与信息系统学科门类：工学重庆大学通信工程学院二O一六年五月ResearchonSpectrumSensingandRelaySelectioninFull-DuplexCognitiveRadioRelayNetworksAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaste

2、r’sDegreeofEngineeringByYuanYangSupervisor:Prof.FengWenjiangSpecialty:CommunicationandInformationSystemCollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2016重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要随着无线通信技术的飞速发展和无线通信系统的广泛应用，频谱需求与资源匮乏之间的矛盾已成为制约移动互联网、物联网、D2D

3、通信、M2M通信等新兴无线通信业态发展的瓶颈之一。一方面，业界将目光瞄准毫米波、可见光频段，力图寻找更多的无线频谱资源，但受传播特性限制，高频段无线电波很难满足宽覆盖要求，另一方面，致力于提高频谱利用率，全双工（FullDuplex,FD）通信在相同区域实现同时同频收发，理论上可成倍提高频谱利用率。认知无线电（CognitiveRadio,CR）通过与主用户共享频谱资源，也能在一定程度上提高频谱利用率。将全双工通信和认知无线电技术融入无线中继网络，不仅能为无线中继网络提供更多的频谱使用机会，而且利用通信节

4、点具有的全双工通信能力，在利用主用户授权频段发送数据的同时感知主用户的活跃状态，及时退出主用户工作信道，还能降低对主用户造成的干扰。本文针对全双工认知无线中继网络，研究频谱感知算法和中继选择策略，主要研究内容如下：①全双工认知无线中继网络频谱感知算法研究：首先给出了一种认知无线中继网络系统模型，然后将主用户ON/OFF模型与半双工模式和全双工模式传输帧结构合并建立认知无线中继网络传输特征模型。选用经典的能量检测算法执行频谱感知，分析了在全双工模式下存在残留自干扰，能量检测算法的检测概率和虚警概率，导出了全

5、双工模式和半双工模式下认知用户的传输中断概率和平均碰撞时间，对比仿真分析了两种双工模式下，基于能量检测的频谱感知算法的检测性能以及认知用户传输中断概率和平均碰撞时间随信噪比和发送时段时长的变化。②全双工认知无线中继网络中继选择策略研究：首先给出了一种认知无线中继网络的中继选择模型，然后研究了全双工模式下等功率分配的最优中继选择策略、基于最大最小准则的中继选择策略、基于最优调和平均的中继选择策略和混合双工模式的中继选择策略以及最优功率分配下的中继选择策略的基本原理和中断概率，最后对各种中继选择策略的性能进行

6、了对比仿真分析。关键词：全双工，能量检测，频谱感知，中继选择，认知无线电I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnologyandthewideapplicationofwirelesscommunicationsystem,thecontradictionbetweenthedemandoffrequencyspectrumandresourcescarcityhasbecomethebottlen

7、eckofemergingwirelesscommunication’sdevelopment,suchasthemobileInternet,Internetofthings,D2Dcommunication,M2Mcommunication.Ontheonehand,theindustryfocusesonmillimeterwaves,visiblelightfrequencybandtofindmorespectrumresources.Duetotherestrictionofpropagati

8、oncharacteristicsofhighfrequencyradiowaves,itisdifficulttomeettherequirementsofwidecoverage.Ontheotherhand,theindustryiscommittedtoimprovespectrumefficiency.Fullduplex(FD)communicationcantransmitandreceiveinthesamea