認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡接入技術研究.pdf

1、隨著無線通信中不同網(wǎng)絡、不同接入方式之間業(yè)務量的快速增長，頻譜資源越來越緊缺。如何進一步提高頻譜利用率，從而進一步提高系統(tǒng)容量和通信服務質(zhì)量是下一代無線通信亟待解決的問題。認知無線電（CR，Cognitive Radio）技術的研究是一個嶄新的課題，它可以實現(xiàn)閑置頻譜的充分利用，在新一代無線通信網(wǎng)絡中具有非常廣闊的應用前景。
　　Ad hoc網(wǎng)絡是自組織、無固定基礎設施的無線通信網(wǎng)絡。融合認知無線電技術和Ad Hoc網(wǎng)絡技術于一體

2、的認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡（CRAHNs）是目前認知無線電領域的研究熱點，CRAHNs網(wǎng)絡與現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡結(jié)合，可以為用戶提供寬帶無線多媒體業(yè)務。
　　本論文以CRAHNs網(wǎng)絡接入中的MAC層和物理層為研究對象，研究CRAHNs網(wǎng)絡設計實現(xiàn)中的關鍵技術問題，主要研究工作包括如下方面：
　　1.針對帶簇頭的CRAHN網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，引入授權用戶與認知用戶之間碰撞概率約束條件，對認知用戶的可用信道機會進行了約束馬爾科夫決策過程（

3、Constrained Markov Decision Processes，CMDPs）建模，抽象為在碰撞概率約束條件下，尋找使信道吞吐率最大的策略最優(yōu)解?；谒兄降男诺罓顟B(tài)信息（授權信道忙閑狀態(tài)、信噪比、信道均衡參數(shù)），分別對單個發(fā)送用戶和N個發(fā)送用戶在M個頻點上認知用戶的可用信道機會，提出了單認知用戶對的自適應信道接入算法（Adaptively Channel Access Algorithm for Single CR use

4、r，ACAAS）和多認知用戶對的自適應信道接入算法（Adaptively Channel Access Algorithm for Multiple CR users，ACAAM）。
　　2.對多業(yè)務、帶簇頭的CRAHNs系統(tǒng)，周期性語音業(yè)務與非周期性數(shù)據(jù)業(yè)務混合在一起，當單個CR用戶的業(yè)務量不大時，將面臨多個CR用戶如何共享單個信道、如何容納更多CR用戶的問題。為此，論文中引入了EEE802.11e的HCF混合機制，來解決同一信

5、道上多用戶共享的問題；針對HCF機制在VoWLAN（VoIP over WLAN）業(yè)務與數(shù)據(jù)業(yè)務混合傳輸時信道能容納的話路數(shù)少、語音業(yè)務與數(shù)據(jù)業(yè)務獲得信道的機會不可控等問題，采用無競爭預約排隊信道接入（CFRQCA）機制和基于業(yè)務流量監(jiān)測的接入機會自適應調(diào)度算法（AOASA），對該情況下的媒質(zhì)接入控制（MAC）協(xié)議進行了改進。理論分析和仿真表明，CFRQCA機制和AOASA調(diào)度算法能顯著提高信道容納的話路數(shù)、滿足多用戶共享單個認知信道下

6、、含實時語音的混合多業(yè)務的應用需求。
　　3.提出了一種基于 OFDM/nQAM調(diào)制技術和跨層控制思想的、發(fā)射功率與頻譜子帶數(shù)自適應可調(diào)的多用戶信道共享機制，該機制在一個節(jié)點同時與多個節(jié)點通信時，可以將多個MAC突發(fā)幀融合在同一個物理幀中的不同子帶上，并根據(jù)接收用戶與發(fā)送用戶間的距離、突發(fā)幀的不同重要性、幀長，選擇對應的發(fā)射能量、調(diào)制映射和信道糾錯方案、子帶內(nèi)的頻點數(shù)，因多個突發(fā)幀共享同一個訓練序列而節(jié)省了開銷，因此提高了信道的吞

7、吐率，同時也節(jié)省了節(jié)點的發(fā)射能量。搭建了基于軟件無線電概念的、由DSP/FPGA/ADC/DAC基帶處理板、射頻設備、矢量信號發(fā)生器構(gòu)成的實驗平臺，在該實驗平臺上，實現(xiàn)了自適應 OFDM/nQAM調(diào)制解調(diào)模塊，對ACAAS算法、ACAAM算法和單信道多用戶共享下的CFRQCA機制和AOASA調(diào)度算法進行了FPGA和DSP下的編程實現(xiàn)；針對FPGA技術中數(shù)字混頻正交解調(diào)器實現(xiàn)算法，提出了降低運算量、提高帶寬、減少FPGA資源消耗的改進算法