论文部分内容阅读
基于认知无线电和协同通信技术的认知协同中继网络,在高效利用频谱资源的同时,还能通过协同中继传输来提高认知用户的抗衰落及覆盖性能。本论文针对以Underlay方式与授权系统共享同一频谱的认知协同中继网络,分别在信道状态信息(CSI)非理想、采用多天线正交空时块编码(OSTBC)传输、采用基于集群的多跳传输三种场景下对其进行研究。论文的主要贡献如下：1、非理想CSI下认知中继网络的研究：在Underlay频谱共享场景下,为限制认知用户(SU)对授权用户(PU)的干扰,认知系统需要获知SU与PU之间干扰链路的CSI。但在实际中,理想的CSI往往是不可获得的。为此,本论文研究了干扰链路CSI的非理想对授权系统及认知系统的影响,通过理论推导,分别在Ray leigh衰落及Nakagami-m衰落条件下,给出了授权用户干扰概率以及认知系统中断概率的精确表达式。研究结果表明,当CSI非理想且不对认知用户采取功率控制机制时,授权用户的干扰概率始终为0.5,因此在非理想CSI下对认知用户采取更严格的功率控制是十分有必要的；CSI的非理想虽然不影响认知系统的分集度,但会显著降低系统的中断性能,且第一跳干扰链路CSI非理想的影响比第二跳的影响大得多；可以通过增加中继的数目来弥补由于CSI非理想而导致的系统中断性能损失。2、采用OSTBC传输的多天线认知中继网络的研究：OSTBC是一种实现多天线分集的简单手段。本论文对采用多天线OSTBC传输的认知中继网络进行研究,通过理论推导给出了中断概率的精确表达式及其在高信噪比条件下的渐进表达式。通过对结果的分析可知,该多天线认知中继系统可以获得满分集增益；与单天线时的情形类似,在同时考虑峰值干扰功率约束和峰值发射功率约束时,认知系统会出现中断饱和现象；当峰值干扰功率约束或峰值发射功率约束很小时,天线数目的增加并不一定能够改善认知系统的中断性能,而当峰值干扰功率约束和峰值发射功率约束足够大时,随着天线数目的增加,认知系统的中断性能显著提高。3、基于集群的多跳认知中继网络的研究：多跳中继传输可以提高无线系统的覆盖性能。本论文研究了采用解码转发(DF)部分中继选择协议的基于集群的多跳认知中继网络。考虑到认知系统内部传输链路CSI的非理想,本论文推导了Nakagami-m衰落信道下认知系统精确的中断概率和误比特率(BER)以及高信噪比下的渐进中断概率。在高信噪比下的渐进分析表明,认知系统的分集度只取决于认知系统内部各传输链路衰落参数的最小者,而不受非理想CSI的影响。结果还表明,认知系统的传输链路比认知系统与授权用户之间的干扰链路对认知系统中断性能的影响更大；对于发射功率受到PU干扰功率约束限制的认知用户来说,增加中继跳数是一种提高其传输性能的有效手段；此外,增加每个集群内的可用中继数目也可以减轻CSI非理想带来的性能损失。