认知OFDMA系统中的主动干扰消除算法研究

摘要

认知无线电技术是无线电发展史上的一座里程碑，它的出现给无线通信带来了革命性的变化。非授权用户通过频谱检测并伺机占用授权用户遗留的空闲频谱，有效地提高了频谱利用效率。基于OFDM的频谱池技术，通过打开或者关闭子载波可以实现对频谱资源的灵活控制，将其结合认知无线电技术，非授权用户可以方便实现对授权频段的动态频谱接入(DSA)，实现与授权用户的共存。虽然认知OFDM系统可以充分利用授权用户遗留下来的空闲频谱，但是在其链路传输过程当中，OFDM的带外辐射(OOB)将会对邻近的授权用户产生干扰。
　　 本文主要研究基于OFDM频谱池技术的认知无线链路传输过程当中，认知用户对邻近频段主用户产生的干扰问题以及如何消除干扰的有效技术。
　　 首先，本文研究认知OFDM无线链路传输过程当中，认知用户与主用户的互相干扰问题。介绍了非连续正交频分复用(NC—OFDM)的基本技术原理，作为一种基于OFDM的频谱池技术，将其结合认知无线电技术，推导了基于NC—OFDM的认知无线电带外干扰的产生原理。分析了两种互为对称的带外干扰抑制技术：“加窗”和“滤波”，并对其在认知OFDM无线链路传输中，所取得的干扰抑制效果进行了仿真比较。
　　 其次，对认知OFDM系统中的主动干扰消除算法进行了研究，目的是减轻认知用户对主用户产生的干扰。推导了不加循环前缀，加循环前缀、时域加窗各种不同环境下的主动干扰消除算法模型，并对其性能进行仿真比较。将原先方法固定放置干扰对消子载波的方式进行改进，提出了基于动态干扰对消子载波的主动干扰消除算法，根据发送的OFDM符号结构特点，动态选择最佳的放置位置。仿真表明，改进后的方法相比与原方法，在相同的参数设置下，所取得的干扰抑制效果更加明显。接着在新改进方法的基础上，对动态干扰对消子载波引入能量限制条件，使得在将干扰抑制效果维持在近似最佳的前提下，降低干扰对消子载波实际所消耗的能量，减缓认知用户功率谱密度波动。
　　 最后，将认知单用户环境下的主动干扰消除模型，推广至认知多用户环境下，研究认知多用户OFDMA系统中的干扰抑制问题。此时系统当中的每个认知用户都需要对主用户进行主动干扰消除，研究不同认知用户干扰对消子载波的数目选择、权值计算以及放置位置互相之间的关系。设计合适的干扰对消子载波放置位置，不仅能够确保对主用户形成充分保护，并可以使得有限的子载波资源得到充分利用，提高频谱利用效率。通过仿真分析了认知多用户环境下，主动干扰消除算法的干扰抑制效果，相比与各认知用户不采取干扰抑制算法，主用户的误码率(BER)得到了极大程度的改善。
　　 本文通过研究认知OFDMA系统链路传输过程当中的干扰抑制技术，给出了认知无线电物理层的部分设计准则。认知无线电技术的发展还需要考虑大量技术和实现的问题，关键技术涉及宽带信号处理、无线通信技术、人工智能、机器学习、自适应的网络协议等，学术、工业领域的研究者和频谱授权部门都对该种技术表现出浓厚的兴趣。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

第一章绪论

1.1认知无线电技术背景

1.2认知链路传输面临的挑战

1.3论文研究对象及其发展现状

1.4本文的主要贡献和内容安排

第二章认知OFDM系统带外干扰

2.1 NC-OFDM传输技术

2.1.1频谱池技术

2.1.2 OFDM技术

2.1.3 NC-OFDM

2.2带外干扰问题

2.2.1认知用户对主用户的干扰

2.2.2主用户对认知用户的干扰

2.3干扰抑制方法

2.3.1加窗

2.3.2滤波

2.4本章小结

第三章主动干扰消除——干扰对消

3.1主动干扰消除

3.1.1干扰对消

3.1.2加循环前缀

3.1.3加窗处理

3.2动态干扰对消

3.2.1算法描述

3.2.2算法流程

3.2.2仿真分析

3.3基于能量限制的动态干扰对消

3.3.1能量限制

3.3.2仿真分析

3.4本章小结

第四章认知多用户系统中的主动干扰消除

4.1系统模型

4.1.1通用频谱模型

4.1.2系统框图

4.2认知多用户环境下的主动干扰消除

4.2.1位置选择

4.2.2权值计算

4.2.3数目确定

4.3仿真分析

4.3.1仿真参数设置

4.3.2仿真结果分析

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1工作总结

5.2研究展望

参考文献

读学位期间参与的项目和申请的专利