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40000字硕士毕业论文固定发射功率无线电系统的性能分析

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:40000字
论点:频谱,无线电,认知
论文概述:

本文首先介绍了认知无线电的背景、定义、面临的主要问题和解决手段,查证了国内外相关研究资料,形成了初步的研究思路和框架

论文正文:

第一章绪论

本章主要介绍认知无线电的背景、定义、主要问题及解决方案、国内外研究现状以及本文的研究内容和创新点。

1.1认知无线电研究的背景
众所周知,无线电电磁波谱是现代社会中一种宝贵、有限且不可或缺的自然资源。目前的无线电频谱分配系统是固定频谱分配,即频谱资源由政府部门统一宏观管理。一般来说,政府向不同的系统和应用部门发放无线电频谱使用许可证,以分配特定的频带,并将频谱分为两部分:授权频带和未授权频带。通常,无线通信系统频带只能独立使用一个授权频带,并且不同的无线通信系统使用不同的频带而不会相互干扰。虽然这种预分配的、授权的和静态的无线频谱管理方法可以简单有效地避免不同系统和应用部门之间的相互干扰,但是它导致了频谱资源的当前使用情况,即一些频带承载大量的业务,而另一些频带在时间和空上不同程度地空闲,从而浪费了频谱资源。以美国为例。美国联邦通信委员会(Federal Communications)的大量研究报告表明,美国无线电频谱的利用极不平衡,一些未经授权的占用拥挤,用户得不到良好的服务,而一些经授权的频带往往空空闲。
美国国家无线电网络研究和测试平台项目的一份测量报告显示,3千兆赫以下频段的平均频谱利用率仅为5.2%。显然,占用拥挤的未许可频带的用户无法访问其他空空闲许可频带的静态频谱管理模式,这极大地限制了频谱利用效率。随着无线通信业务需求的快速增长,人们对频谱资源的需求越来越大,可用频谱资源越来越稀缺。无线频谱资源能否得到更有效合理的利用,已经成为制约无线通信发展的新瓶颈。因此,如何充分利用各地区、各时间段的空空闲频带,提高频谱利用率,实现不可再生频谱资源的再利用,解决日益增长的频谱资源需求与当前频谱资源使用状况之间的矛盾,越来越受到关注。近年来,为了解决无线频谱资源短缺的问题,出现了许多先进的无线通信理论和技术,如链路自适应技术、多天线技术等。虽然这些技术可以在一定程度上提高频谱利用率,但仍然受到香农理论的限制,不能从根本上解决当前频谱资源日益稀缺的问题。当前的问题不是频谱短缺,而是当前的频谱分配方法是预分配、授权和静态无线频谱管理。
所以人们认为,如果系统能够自动感知其所处的频谱环境,通过智能学习实时、自适应地调整与频谱环境相适应的系统运行参数,或者动态检测并有效利用空原始指定频带之外的空闲频带,在空域、时域和频域实现多维频谱复用,这无疑将大大提高频谱利用率,改善频谱资源日益稀缺的现状。因此,一种革命性的智能动态频谱共享技术——认知无线电有了它的独到见解。

1.2认知无线电的定义
认知无线电的概念是在1999年8月由瑞典皇家理工学院博士生米特里公司顾问约瑟夫·米托拉和JR[·杰拉尔德·马奎尔教授在《IEEE个人通信杂志》上发表的一篇文章中明确提出的1]。认知无线电的基本出发点是提高频谱利用率,有效利用不同地点和不同时间段的不同空空闲信道。即使授权频带未被使用或者只有少数通信服务是活动的,具有认知能力的无线通信设备也可以智能地发现这些频谱资源并以“机会主义”的方式工作。出现在不同时间、不同地点和不同频带的可用频谱资源称为“频谱空孔”。
认知无线电的核心思想是未经授权的通信用户智能发现“频谱空漏洞,并通过“借用”合理利用频谱资源,前提是其通信不会影响其他授权用户的正常通信。对认知无线电的理解可以描述为不同的人有不同的观点,聪明的人有不同的观点。不同的学者和机构从不同的角度给出了认知无线电的定义,其中比较有代表性的有米托拉(Mitola)、西蒙·海金(Simon Haykin)等人、国际电联WP8A、联邦通信委员会(FCC)等组织。米托拉认为认知无线电是计算智能和个人无线通信的跨学科产品。它可以确保个人无线数字设备和相关网络对于无线电资源和相关计算机对计算机通信具有足够的计算智能,从而能够检测用户的通信需求,并为这些需求提供最合适的无线电资源和无线服务[1】。
西蒙·海金(Simon Haykin)认为认知无线电是一种智能无线通信系统。它能够感知外部环境,凭借认知能力从环境中学习,通过重构实时改变一些操作参数,以适应接收到的无线信号的统计变化,从而达到以下目的:随时随地高度可靠的通信;频谱资源的有效利用[2】。国际电联WP8A(国际电信联盟工作组,ITU WP)将认知无线电定义为能够感知或理解其操作环境并根据获得的环境信息动态和自主地调整其操作参数的无线电系统[3]。联邦通信委员会建议任何具有自适应频谱感知能力的无线电应该被称为认知无线电。更准确地说,认知无线电被定义为无线终端与无线环境交互以获取无线背景知识从而动态改变其发射机参数的无线电。它具有环保意识和传输参数自修改功能[4】。

1.3认知无线电系统面临的主要问题及解决方案……11-12
1.4国内外认知无线电研究现状……12-14
1.5本文的主要研究内容和创新点如下:……14-16
第二章初步知识……16-19
2.1……16-17
2.2天线,用户选择技术……17
2.3优化算法……17-19
第三章固定发射功率认知无线电发射天线选择研究……19-26
3.1系统型号……19-20
3.2天线选择……20-21
3.3系统性能分析……21-24
3.4模拟结果和讨论……24-25 [/BR/] 3.5系统性能优化……25-26
第4章联合天线和用户调度的固定功率无线电性能分析……26-34
4.1系统型号……26-27 [/BR/] 4.2天线选择和用户调度……27-28 [/BR/] 4.3系统性能分析……28-31
4.4模拟结果和讨论……31-32
4.5系统性能优化……32-34
第五章基于发射天线选择的认知无线电系统性能分析……34-42
5.1系统型号……34
5.2天线选择……34-35
5.3系统性能分析……35-39
5.4模拟结果和讨论……39-42

目前的研究大多是理论研究,较少涉及通信应用研究。认知无线电从概念到现实仍然面临许多困难,从理论到应用的道路还很遥远。本文首先介绍了认知无线电的背景、定义、主要问题及解决方案,验证了国内外相关研究数据,形成了初步的研究思路和框架。其次,将天线选择技术和用户调度技术引入固定功率认知无线电系统,建立了两种认知无线电系统模型。从信道容量和误码率的角度分析了系统性能,并通过仿真验证了理论结果的正确性。第三,将天线选择技术引入变功率认知无线电系统,建立认知无线电系统模型。从信道容量和误码率的角度分析了系统性能,并通过仿真验证了理论结果的正确性。最后,根据模型中得到的优化问题的特点,设计了相应的优化算法来优化系统的性能。本文建立了三种认知无线电系统模型,具有一定的现实意义,但认知无线电系统在现实生活中的实现受到诸多因素的限制。因此,考虑现实生活中更多的约束,进一步优化系统模型,采用更好的优化算法来解决认知无线电系统中的优化问题是下一步的重点。

[参考]

[/1]米托拉三世.认知无线电:让软件无线电更加个性化[j]。ieee个性化,1999。6(4): 13-18。
[2]海金。认知无线电:大脑授权的无线通信[。《电气与电子工程师协会通讯选定领域》,2005,23(2): 201-202。
[3] K .诺兰。[特别提款权论坛]。布鲁塞尔:布鲁塞尔认知无线电工作组,2005年。
[4] FCC-03-322,利用认知无线电技术促进灵活、高效、可靠的频谱使用机会[]。
[5]萨海,霍文,坦德拉,[认知无线电的一些基本限制。AllertonConf。通讯控制和计算[>,2004: 223-228。
[6]卡布里克、米什拉、布罗德森。认知无线电频谱感知的实现问题[。信号、系统和计算机,2004,(1): 772-776。
[7]赵俊杰,郑海海,杨广海.动态频谱分配网络中的分布式协调[.inproc.ieee dyspan 2005: 259-268。
[8]李波,刘琴。李·魏莹。认知无线电技术[。中兴通讯科技,2006,(2):10-13。
[9]邱静,周政。认知无线电网络中的分布式动态频谱共享[。北京邮电大学学报,2009,32(1): 69-72。
[10]刘四喜,何宣森。认知无线电分布式合作频谱检测方法[。《计算机工程与应用》,2011,47 (14): 121-123。