面向频谱共享的层间交叉信道增益估计技术

摘要

近年来，为了缓解通信过程中频谱资源紧缺和频谱利用率低等尖锐问题，有研究人员提出了认知无线电的概念，认知无线电技术中的频谱共享技术更是成为未来认知无线电系统的热门。在频谱共享中，为实现主基站用户与认知接收用户同时同频同地共存，且互不干扰地通信，认知发射机与主基站用户接收端之间的交叉信道增益估计是影响认知能力的重要因素。传统的频谱感知方法主要是被动检测，虽不会引入对主用户的干扰，但需要与主基站系统密切协作，这显然是不切实际的。近几年，有研究人员提出了主动检测的频谱感知新技术，但当认知用户试图接入主用户的授权频段时，干扰也随之而来。本文主要贡献在于提出了面向频谱共享的无干扰层间交叉信道增益估计方法。
　　首先，本文提出了一种中继协助交叉信道增益无干扰估计方法。在此方法中，我们根据主基站-主用户接收机和主基站-认知发射机-主用户接收机两条链路信号到达的时间差，设计了不同的估计器。为了避免对主用户接收机造成信号干扰，认知发射机充当全双工中继对来自主基站的信号进行放大并转发给主用户接收机，触发主收发机之间的闭环功率控制系统，通过测量主基站的功率调整变化来估计交叉信道增益。仿真结果表明，在保持相同的估计误差的前提下，我们的方法干扰概率能从传统的方法的100％降低到5%。
　　然后，本文研究了在复杂环境下的中继协助交叉信道增益无干扰估计方法。本方法更适用于主用户系统是动态目标信噪比的场景。在此方法中，我们首先根据中继转发增益大小和主用户端的目标信噪比与认知发射机接收信噪比的关系估计出主用户端的目标信噪比，接着，有别于第一种方法，我们在认知发射机的转发过程特意增加了一个适当的延时，迫使主基站-主用户接收机和主基站-认知发射机-主用户接收机两条链路到达的时间差足够大，简化了估计器设计，更适用于复杂场景交叉信道增益估计。由于整个方法中有估计主用户目标信噪比的过程，所以会有干扰概率的增加。仿真结果表明，我们的方法可以减少对主用户接收机的干扰，并且与现有方法相比较有更高的成功估计概率。
　　最后，我们总结了全文的贡献，并分析了未来研究的方向。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容与创新点

第二章 现有交叉信道增益估计方法

2.1 引言

2.2 基于jamming的信道增益估计方法

2.3 基于中继协助的信道增益主动估计方法

2.4 本章小结

第三章 无干扰中继协助交叉信道增益估计

3.1 系统模型

3.2 估计原理

3.3 无干扰交叉信道增益估计方法

3.4 仿真结果

3.5 本章小结

第四章 非理想情形中继协助交叉信道增益估计

4.1 引言

4.2 系统模型

4.3 基本原理和问题描述

4.4 交叉信道增益估计方法

4.5 仿真结果

4.6 本章小结

第五章 总结

5.1 主要贡献

5.2 未来研究方向

致谢

参考文献

附录A等式(3-8)中平均SNR的推导

附录B等式(3-11)中平均SNR的推导

附录C等式(3-14)中平均SNR的推导

附录D理论1的推导

附录E理论2的推导

附录F在H1条件下，CT端信噪比的PDF推导

附录G在H0条件下，CT端信噪比的PDF推导

攻硕期间取得的研究成果