基于马尔科夫链的感知无线电信道容量和性能研究

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随着无线通信业务的高速发展,所需要的无线频谱资源越来越多,频谱资源越来越贫乏。为了提高授权频段的利用率,这迫使我们必须寻找新的技术来提高频谱利用率,感知无线电正是在这种背景下产生的,它能够自动检测周围的环境情况,在不对授权用户造成干扰的情况下利用频谱空洞进行通信。   针对感知无线电信道的动态特性,本文首先给出基于马尔科夫链的衬垫式频谱共享方案下的感知无线电系统模型,在此模型中考虑了频谱检测错误。在此基础上给出了系统状态转移图,根据系统状态转移图得到系统每个状态的方程,通过求解状态方程导出了感知用户A和B的容量表达式。然后,为了保护主用户给出了保护条件,在保护条件的限制下通过推导得出了感知用户A和B的最优接入概率表达式。进一步,分析了虚警概率和漏检概率对感知用户的容量造成的影响。仿真结果表明,随着感知用户检测错误概率不断增加,感知用户的容量不断降低;而感知用户的最优接入概率保证了感知用户A和B接入频谱进行通信的效率性和公平性。   在感知无线电系统中,频谱检测错误将会引起感知用户和主用户之间的冲突,对主用户的通信造成干扰。本文使用马尔科夫链对系统进行建模,使用状态图的方法来分析频谱检测错误造成的影响。在充分考虑频谱检测错误和随机的信道搜索顺序的基础上,给出了两种冲突解决方案下的系统状态转移图,并使用主用户中断概率作为性能指标导出了感知用户对主用户造成的干扰的估计。仿真结果表明,随着感知用户检测概率不断增加(感知用户检测性能趋于精确),则主用户中断概率不断降低,仿真结果和理论分析结果比较吻合。
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