异构无线网络中的若干关键技术研究

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1、异构无线网络中的若干关键技术研究摘要‘t随着无线通信网络的发展，从以前简单的实现某一通信目的网络逐渐丰富化，演变为多个独立的可支持多种业务的网络，随着应用和坩、●II---F用户需求的提升，下一代异构无线网络(NextGenerationHeterogeneousWirelessNetwork，NGHCN)对融合的需求日趋提高。在异构网络中尚存在若干关键问题亟待研究，如参考模型或体系结构、泛在移动性管理、空中接口互连、联合无线资源管理和服务质量管理等。随着网络环境的变化、业务类型的丰富、用户需求的提高以及无线频谱资源的稀缺，这些问题都变得更加复杂而难以解决，需

2、要全新的理论和相关技术进行支持，因此，研究异构通信网络中的关键理论和技术对于未来通信系统的发展和应用具有重要意义。由于异构融合’通信网络体系庞大，所包含的内容比较多，本文重点研究了其中基于NGHCN异构网络架构的增强移动性管理(网络选择和智能切换)以及支持异构网络空中接口融合并从根本解决频谱匮乏问题的认知无线电技术以及异构网络中基于认知无线电技术的联合无线资源管理和服务质量管理，并针对其中存在的一些关键问题提出了解决方案。本论文的主要工作和创新之处在于：首先，用户移动性是移动通信网络中的一个典型行为，已有的网络中的移动性管理技术已经得到充分探讨，但在异构网络环

3、境中，如何保障用户跨越基于不同结构和协议的网络时的业务性能是一个亟待研究的问题。本文基于下一代异构通信网络架构并参考国际规范和协议提出一个增强移动性管理框架，主要包括网络探测、网络选择和网络切换三个步骤。提出一种可用于当前异构网络环境中的网络／终端选择算法，综合考虑网络和终端性能以及用户和业务需求，为用户选择最佳的网络和终端提供服务，实现以用户为中心的泛在移动性。其次，本文着重研究了认知无线电技术在异构网络中的应用，随着业务的日益丰富，用户需求也随之增长，而无线频谱匮乏的问题已成为未来网络发展的瓶颈；同时，为了实现基于不同空中接口以及协议栈无线网络的新型业务，

4、对异构网络接口互联互通提出了更高的要求。为了解决以上问题，认知无线电技术应运而生。认知无线电基于软件无线电平台，可动态感知无线频谱环境，根据环境动态改变系统参数加以适配，同时根据不同的网络的空中接口和协议栈重配置，通过动态频谱共享技术，进一步提高频谱利用率的同时实现空中接口互连。频谱感知是认知无线电系统的关键功能之一，探测信号存在性并进行识别是异构网络空中接口互连的前提。本文针对认知无线电系统中的六种常见信号提出一种基于循环平稳特性检测的频谱感知方案，，通过循环谱分析选取简单有效的谱相关特征形成特征向量，结合统计模式识别方法设计了一个非线性支持向量机分类器，并

5、选择最优核函数和核参数用于主用户信号识别。通过仿真对算法性能进行了验证，并在不同信道条件下与传统分类器的性能进行了分析比较。仿真结果表明本方案在低信噪比和小样本条件下具有更好的识别性能。H{j1■矗_¨，，Jl●fIl_，e然后，本文提出一种结合频谱自适应(SpectrumAdaptation，SA)与MIMO．OFDM技术的动态频谱共享方案。该方案通过功率门限模型实现非授权信号的自适应频谱成型，并给出了一种简单的动态功率分配算法以最大化比特率。仿真结果表明，该方案能够克服干扰温度模型的局部干扰问题，使用MIMO技术可进一步提高系统性能，通过动态功率分配算法可

6、降低计算复杂性并提高频谱利用率。最后，多输入多输出正交频分复用(MIMO．OFDMA)技术和多输入多输出多载波码分多址(MIMO．MC．CDMA)技术结合了抗符号间干扰和频率选择性衰落以及高容量特性，已分别成为3GPPLongTermEvolution(LTE)和超三代(B3G)以及四代(4G)移动通信系统的核心技术。本文研究了多用户MIMO．OFDMA系统和MIMO．MC．CDMA系统中基于认知无线电技术的动态频谱共享，并针对不同的通信业务设计了不同的用户效用函数保障业务QoS。提出一种基于用户效用和最大化的动态资源分配与调度方案，通过松弛约束条件将NP．h

7、ard的组合最优化问题转化为凸优化问题并通过拉格朗日对偶法进行分解，利用次梯度迭代算法求解对偶问题求得原始问题最优解。仿真结果表明，该方案可最大化用户效用和，获得主用户与认知用户的最优功率／速率分配并实现用户调度，且算法复杂度低收敛速度快。以上的一些研究成果，以学术论文的形式发表于国内外一些重要期刊和会议，并提交了相关发明专利申请。关键词：异构通信网络，增强移动性管理，认知无线电，正交频分复用，多天线!II{l，J1，吧《日一_●厶J’^RESEARCHONSEVERALKEYTECHNIQUESINHETEROGENEOUSWIRELESSNETWORKAB

8、STRACTOverthepastde