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工學博士學位論文



基于認知無線電的頻譜管理算法與MIMO系統
容量分析





博 士 研 究 生:滕志軍
指 導 教 師:趙春暉 教授
學 位 級 別:工學博士
學 科、 專 業:信號與信息處理
所 在 單 位:信息與通信工程學院
論文提交日期:2012年9月
論文答辯日期:2012年12月
學位授予單位:哈爾濱工程大學
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U.D.C:


A Dissertation for the Degree of D. Eng



The cognitive radio based spectrum management
algorithm and the MIMO system capacity analysis





Candidate: Teng Zhi-jun
Supervisor: Prof. Zhao Chun-hui
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Specialty: Signal and Information Processing
Date of Submission: Sep. 2012
Date of Oral Examination: Dec.2012
University: Harbin Engineering University
摘 要
無線資源管理的目標是:在滿足用戶QoS要求的條件下，在有限的帶寬上最大限度地
提高頻譜效率和系統容量，同時避免網絡擁塞的發生。認知無線電技術通過從時間和空
間上充分利用空閑頻譜有效提高頻譜利用率。準確的感知是認知無線電技術使用的前
提，為了避免對授權系統造成有害干擾，認知系統首先要感知頻段，發現頻譜機會。認
知無線電的學****能力是使它從概念走向實際應用的真正原因，有了足夠的人工智能，它
就可能通過吸取過去的經驗來對實際的情況進行處理，過去的經驗包括對頻段上的使用
情況，干擾情況，信號特征，解決方法等方面的內容。認知無線電技術賦予無線電設備
根據頻帶可用性、位置和過去的經驗來自主確定采用哪個頻帶的功能。所以研究認知無
線電中頻譜管理策略及基于該技術的MIMO系統容量分析更具有現實的意義。
本文旨在研究認知無線電頻譜檢測及分配算法，主要工作包括:
首先，研究了基于不同間隔的頻譜檢測算法。在等間隔頻譜檢測算法和現有文獻基
礎上，衍生出非線性可變周期頻譜檢測算法，在對主用戶的檢測中，采用可變周期與采
用固定周期相比較，減少了檢測損失時間，有效降低了檢測成本，同時實現了對頻譜檢
測成本的有效控制。引入二元場論 (陰陽理論)，將主用戶與認知用戶假定為陰陽二體，
借助太極哲學的思想——陰陽之間的比例是動態變化的，通過相互調整以達到平衡，陰
陽之間的動態優化平衡。通過尋求陰陽之間的平衡點，就可以在兩種對立的狀態之間做
出最優決策。仿真結果表明，基于二元場論的頻譜檢測算法可以更加有效地降低檢測成
本。
其次，研究基于博弈論的認知無線電頻譜分配算法。建立基于博弈論的認知無線電
頻譜分配模型，提出基于潛在博弈的認知無線電頻譜分配算法，該算法能夠在較短時間
內收斂到納什均衡狀態，潛在函數值也隨著算法的收斂逐步提高并達到最大，系統中各
用戶及整個系統的SIR水平得到明顯改善，實現了提高頻譜利用率的目的。綜合考慮了
認知無線電系統頻譜分配問題的動態性和復雜性，結合博弈