认知无线电网络可传输容量的研究

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1、北京交通大学硕士学位论文认知无线电网络可传输容量的研究AchievableTransmissionCapacityofCognitiveRadioNetwork作者：陈秀英导师：荆涛教授北京交通大学北尿父逋大字2013年3月中图分类号：TN929．5UDC：621．39学校代码：10004密级：公开北京交通大学硕士学位论文认知无线电网络可传输容量的研究AchievableTransmissionCapacityofCognitiveRadioNetwork作者姓名：陈秀英导师姓名：荆涛学位类别：学术型学科专业：通信与信息系统北京交通大学2013年3月学号：10120069职称：教授学位级别

2、：硕士研究方向：无线通信致谢两年半的研究生生活转瞬即逝，在这即将毕业的时刻，我想向在这两年半的时间里所有帮助和关心我的人表示由衷的感谢。首先感谢我的导师荆涛教授，感谢对我这两年半时间的培养，不仅让我学到了学术知识，也让我学会了怎么做人。感谢研究生期间一直教导我的霍炎老师，在平时的实验室生活中总对我的关怀更是让我感激万分，让我觉得在实验室有如家一样的温暖。在他的带领下，我在试验室不仅有安静的学习环境，还有丰富的课余活动，其乐无穷。感谢美国乔治．华盛顿大学的成秀珍教授，她广博的学术知识和严谨的治学态度让我受益匪浅，我感到非常荣幸能在研究生期间阶段遇到这么好的一位老师。另外感谢实验室共同工作过得

3、所有同学，他们是邢小双，周伟，赵晨宇，杨云晴，姜皓，张腾云，冯莉等。正是由于你们的支持和帮助，我才能克服一个个困难，／IRON完成本文。最后我要向所有关心我的家人和朋友表示感谢，感谢你们在我研究生阶段对我的理解和默默支持。中文摘要摘要：近年来，随着无线宽带应用的广泛普及，宽带用户急速增长，可用频谱资源不足的问题却日益加剧。认知无线电网络(CRN：CognitiveRadioNetwork)通过频谱共享，可以大大提高频谱利用率、缓解频谱资源的不足，因此得到广泛研究。认知(CR：CognitiveRadio)是CRN中的关键技术。它能够感知周围环境中频谱，根据环境变化动态调整系统参数，如载波频

4、率、带宽及发送功率。近几年来数字信号处理、射频技术的发展使得CR感知及重构特性的实现成为可能。随着不同移动设备数量的迅速增长及CR的迅猛发展，环境中布满有认知能力的通信设备是有可能的。在这样的环境中，如何提高认知无线电网络的性能、保证服务质量是CRN研究的关键问题。本文在熟悉认知无线电基本原理及相关技术的基础上，就认知无线电网络的可传输容量这一基本性能进行了理论研究。首先，在下垫式频谱共享模型下，分析基于三种常用媒体接入控制(MAC：MediumAccessContr01)：slotted—ALOHA、CSMA／CA及TDMA协议下CRN的可传输容量。利用随机几何知识，推导出授权网络(主网

5、络)和未授权网络(CRN)的数据包成功传输概率，根据香农定理，推导出在主网络和CRN中断概率限制条件下基于不同MAC协议的CRN可传输容量。然后，利用MATLAB仿真对CRN可传输容量进行数值分析，从图形上直观地描述不同MAC协议下CRN的容量范围及各参数对其可传输容量的影响，并证明了在饱和的认知mesh网络中，TDMA协议下可以获得最高传输容量，CSMA／CA次之。受中继协作转发思想的启发，本文还提出了一种中继协作网络模型，即当主网络中源点离它的目的节点较远时，可以利用CRN中空闲节点(SU：secondaryuser)为主网络中节点(PU)转发数据。中继节点分别采用解码转发(DF：De

6、codeandForward)和放大转发(AF：AmplifyandForward)两种转发协议。根据PU和SU成功传送数据的概率，推导出中断概率限制条件下非协作和协作CRN节点的最大可传输容量，并给出中继节点的位置范围。最后利用MATLAB仿真，从图形上直观地给出了某些特定参数下中继节点的范围，中继节点位置、主／次级网络功率比及次级网络接收门限的相互影响情况，并证明了在某些特定参数下协作转发可以大大提高CRN的传输容量。关键词：认知无线电；传输容量；中断概率；中继协作；频谱共享分类号：TN929．5ABSTRACTABSTRACT：Withthewidelyspreadofwireles

7、sapplicationsandrapidgrowthofwidebandsubscribersinrecentyears，thespectrumthatCanbeusedbecomesmoreandmorescarce．Asaspectrumsharingsystem，cognitiveradionetwork(CRN)Cangreatlyimprovethespectrumefficiencyandrelieveth