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1、南京师范大学泰州学院毕 业 论 文题 目基于带内频谱感知的认知无线电网络的累加干扰扰模型分析学生姓名朱媛学 号12100314专 业通信工程班 级C1003指导教师张红 2021 年 5 月摘 要对认知无线电中时机频谱接入下认知用户对主用户系统造成的累加干扰进行模型分析。首先采用带内感知的方式进行频谱感知,减小了频谱与信令开销,降低应用本钱;随后利用二维极坐标图建立了主用户接收机处的累加干扰模型,并进一步分析主用户接收机处的信干比与认知用户发射机的感知范围、主用户发射机到接收机之间的距离、路径损耗衰减指数等之间的关系。通过数值仿真可看出,基于累加干扰模型,认知用户不仅能充分利用频谱资源而且可以
2、尽量减小对主用户造成的干扰。关键词：认知无线电 累加干扰分析 信干比 感知范围AbstractThe opportunity for cognitive radio spectrum access cognitive users caused by the accumulation of the user system under interference model analysis. First USES the in-band spectrum perception in the form of perception of reduced the frequency spectrum a
3、nd signaling overhead, decrease the cost of application; Then 2 d polar diagram is used to establish the primary user receiver of accumulative interference model, and further analysis of the main user receiver letter than dry and cognitive scope of the users perception of the transmitter, the main u
4、sers the distance between the transmitter to the receiver, the relationship between the attenuation index such as path loss. You can see through numerical simulation, based on the accumulative interference model, cognitive users can not only make full use of spectrum resources but can minimize inter
5、ference to primary userKeywords: Cognitive radio Accumulative interference analysis Dry ratio perceive目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 引言11.2 认知无线电的综述21.2.1 认知无线电的概念和特点21.2.2 认知无线电的功能31.2.3 认知无线电技术的开展51.3 本文研究内容及结构安排6第二章 认知无线电网络累加干扰综述72.1 基于认知无线电的标准72.2 认知无线电网络的干扰问题研究102.2.1 时机频谱接入102.2.2 主用户对认知用户的干扰122.
6、2.3 认知用户对主用户的干扰12 认知无线电网络累加干扰的分析方法132.3.1 干扰管理132.3.2 建模分析142.3.3 干扰约束16第三章 基于带内频谱感知的认知无线电网络累加干扰模型分析183.1 认知无线电网络系统模型183.1.1 网络模型183.1.2 信道模型193.1.3 干扰约束203.2.4 频谱感知213.3 基于带内频谱感知的认知无线电网络累加干扰模型24认知网络累加干扰模型243.3.2 主用户接收机位于主用户发射机的保护范围之外263.3.3 主用户接收机位于主用户发射机的保护范围之内273.4 仿真结果与分析28总结错误！未定义书签。致谢32参考文献33第
7、一章 绪论1.1 引言现代无线通信系统中的无线频谱资源作为一种自然资源，一直由无线电管理机构进行统筹分配。但是，随着信息时代的到来，现代社会对无线通信业务的需求不断加剧，各种无线通信技术的开展日新月异，可用的无线频谱资源作为一种不可或缺的自然资源正面临逐渐枯竭的困境。美国联邦通信委员会Federal Communications Commission, FCC在2002发表的频谱政策特别工作组工作报告中指出：无线频谱资源缺乏的主要原因不是可用无线频谱资源在物理意义上的匮乏，而是固定的频谱管理政策导致的频谱利用率低下。事实上，通过对城市高收入地区的无线电频谱使用情况扫描可以发现，如图1-1所示：
8、有些频谱资源大局部时间几乎是空闲的，有些频谱资源是有时被占用，但同时也有局部频谱资源是被过度使用。FCC进一步指出，可用的无线频谱资源的利用在时空上的变化范围为15%85%，有限的可用无线频谱资源和无效的频谱利用使得时机地利用当前的无线频谱资源这种新的通信范例成为必要。图1-1 美国纽约地区的频谱利用情况面对无线频谱资源利用率低下的情况，电子工程学科、经济学科、无线电管理机构等组织机构的研究人员都在积极寻找更合理的频谱管理政策和技术，同时也提出了各种各样的频谱改革理论，如动态频谱接入Dynamic Spectrum Access, DSA与动态频谱管理Dynamic Spectrum Allo
9、cation、频谱专有权Spectrum Property Rights与频谱共享Spectrum Commons、时机频谱接入Opportunistic Spectrum Access, OSA与频谱池Spectrum Pooling、频谱平铺Underlay模式与频谱覆盖Overlay模式等。认知无线电Cognitive Radio, CR作为对这一系列理论技术的融合，从根本上改变了当前的固定频谱使用方式，被认为是实现频谱资源动态管理、提高频谱利用率的最正确方案。1.2 认知无线电的综述 1.2.1 认知无线电的概念和特点认知无线电的概念最初由瑞典的Joseph Mitola博士在1999
10、年发表的著作中提出的。他提出的认知无线电作为对软件无线电的进一步扩展，采用基于模型的推理方法实现特定的无线电频谱使用规那么，通过无线电知识描述语言Radio Knowledge Representation Language, RKRL实现各功能模块，从而提高个人无线通信业务的灵活性，更好地满足用户的需求。相比与Mitola对认知无线电的认识，FCC对认知无线电的定义更能为业界所接受。FCC认为，认知无线电是具备感知能力的无线通信系统；感知能力是指无线电能够通过与其运行环境之间的交互捕获信息，并据此选择最正确频谱和适当的操作参数的能力。著名加拿大通信专家Simon Haykin在著作“Cogn
11、itive radio: brain-empowered wireless communications中对认知无线电的定义进行进一步完善：认知无线电是一个智能无线通信系统，它能够感知周围无线环境如外部世界，通过理解构建的方式对环境进行学习，实现特定的无线操作参数的实时改变，调整系统的内部状态以适应外部无线环境的变化，从而实现通信系统性能的最优化。其中，认知能力、学习能力、智能性、可靠性、高效性、自适应性是实现认知无线电技术的关键。从以上定义中可以看出，认知无线电与其它传统无线电系统的最大区别在于： 认知特性认知特性是指认知无线电能够通过感知周围无线环境获得所需信息，从而识别最优的可用频谱。认
12、知能力的实现通常包括频谱感知、频谱分析和频谱判决三个步骤。其中，频谱感知的主要任务是检测可用频段，频谱分析用来估计频谱感知所获得的频谱信息，频谱判决那么根据频谱特性和用户需求选择最适宜的频段进行通信。 重配置能力重配置能力指认知无线电能够根据无线环境动态编程，通过调整内部参数到达系统的最优性能。重配置的参数包括载波频率、调制方式、发射功率等。重配置的目的是在不对主用户造成有害干扰的前提下，利用可用频谱资源为认知无线电提供可靠的通信效劳。1.2.2 认知无线电的功能Ian. F提出下一代通信网络NeXt Generation, xG的概念，这种网络可以通过认知无线电的软硬件支持时机地利用授权频谱
13、中未使用的频谱，有效地提高通信带宽和频谱利用率。在描述xG网络的整体结构和组成局部时，Ian. F将传统的、具有频谱使用权的用户称为授权用户Licensed User或主用户Primary User，将新出现的、不具有频谱使用权的用户称为未授权用户Unlicensed User、次用户Secondary User或认知用户CR User。认知无线电的最终目标是通过认知用户的认知能力和重配置能力获得最优的可用频谱资源。但是，大局部可用频谱资源已经被授权使用于不同的通信领域。认知无线电面临的最大挑战是认知用户如何在不干扰主用户通信的情况下时机地利用主用户系统中的频谱空穴进行通信；其中，频谱空穴Sp
14、ectrum Holes，如图1-2所示，亦称空白频谱White Spaces，是指在特定时间和特定地理位置内未被主用户占用的授权频谱。图1-2 频谱空穴认知无线电一方面要在防止对主用户系统产生干扰的情况下“见缝插针地利用频谱空穴，一方面要能够充分利用频谱资源以确保通信质量的高可靠性。要实现认知无线电的最终目标，认知无线电必须具备三个主要功能：频谱感知与频谱分析、频谱管理与频谱切换、频谱分配与频谱共享。图1-3所示的认知无线电的认知循环图描述了各功能模块间的有机结合。图1-3 认知无线电的认知循环图 频谱感知与频谱分析通过频谱感知与频谱分析，认知无线电能够扫描监控频段，获取并占用频谱空穴；当主
15、用户系统重新使用授权频谱时，认知用户能够及时监测从而防止对主用户造成干扰。 频谱管理与频谱切换一旦监测到频谱空穴，认知无线电能够通过频谱管理功能选择最优的频段通信。当无线环境随时间和空间发生变化，认知无线电能够跟踪该变化；如果当前频段重新变得不可用，认知无线电能够通过频谱切换功能提供无缝传输。 频谱分配与频谱共享通过动态频谱接入技术，认知用户能够与主用户或其它认知用户共享频谱资源。因此，好的频谱分配与频谱共享策略对提高频谱利用率至关重要。主用户对授权频谱的使用权拥有较高的优先级，因此当认知用户与主用户共存于授权频谱时，认知用户在主用户系统处产生的干扰必须受到限制或约束。此外，当多个认知用户共享频谱时，认知用户之间也需要频谱共享策略来防止碰撞和干扰。1.2.3 认知无线电技术的开展认知无线电技术作为未来无线通信的一个重要开展方向，自概念提出以来一直是无线通信领域的研究热点，深受世界各国无线电管理机构、标准化组织、研究机构和行业联盟等的重视。FCC在2002年发布的报告中对频谱资源的使用政策做出重大改变，影响深远。200
