论文部分内容阅读
近年来,无线网络因其实现灵活、低成本、易安装等特点在各领域得到了巨大的发展。同时,无线网络用户数目和用户之间的干扰不断增加,节点间对公共频谱资源的争夺产生了大量的碰撞和退避,有限的频谱资源显得日益匮乏。因此基于非连续子载波正交频分复用(non-continuous orthogonal frequency division multiplexing,NC-OFDM)的子载波置零技术得到了学者们的广泛研究。子载波置零技术中最基本的要求就是以子载波作为粒度来分配频谱资源和通信信道的选择,未被授权的次用户可以使用已授权给主用户但未被占用的信道,从而有效提高频谱利用率,因此越来越多的研究人员着手多信道通信技术的研究。基于软件无线电的多信道通信技术实现,相比软件仿真更贴近现实,是评估子载波置零技术性能的有效途径。本文以基于非连续子载波正交频分复用的多信道通信与接入技术来提高多信道通信的可靠性和抗干扰性为目标,围绕基于非连续子载波正交频分复用的物理层算法和基于IEEE 802.11 DCF的动态接入协议的设计与优化等内容展开研究,主要工作包括:首先,针对主用户与次用户的共信道干扰问题,设计了一种在硬件设备上易于实现的基于子载波置零技术的异构网络共存机制。在该机制下,当次用户节点探测到周围有工作在同一信道的主用户节点时,只使用与主用户节点的占用信道不重叠的信道进行通信,这样在频谱上使主用户和次用户不重叠,达到信号并行传输的目的。同时,提出了一种基于前导码的自适应算法,针对NC-OFDM接收端进行同步并识别发送端所使用的子载波发送模式,以实时纠正每个码元的频偏和相偏,进而能正确解码。其次,针对NC-OFDM物理层中异构网络共存场景的应用,构建了一个与之相匹配的多信道媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)协议。本MAC协议创新点包括三部分:与细粒度多信道通信系统相匹配的载波侦听功能,它能够动态、准确地监测每个子信道的状态并为物理层设置合理的发送模式;针对异构网络共存场景改进的分布式信道接入机制;为保证节点间信道环境出现差异时能够及时接入信道并进行数据传输而设计的自适应方案。最后,针对上述问题,在GNURadio/USRP软件无线电平台上搭建了验证平台,对物理层的同步与识别算法和MAC协议的可行性进行验证,通过合理的测试方法对该技术的可行性和时间性能进行测试,为技术的实用化推广提供支持。实验结果表明,识别算法对子载波发送模式识别正确率达95%以上,使得实验环境更贴近现实。本MAC协议在保证子载波置零技术获得较好性能的基础上能够支持异构网络共存,从而保证了复杂通信环境中的连通性和服务质量。