试析频谱协作与认知无线通信网络中若干关键技术

论文导读：能优化机制。首先,以用户感受角度出发,浅析了协作与认知无线网络中多媒体性能优化的必要性,讨论了基于动态频谱特性的信道感知与接入对策对运用层多媒体传输性能的影响。第二,以端到端的视频失真为目标,优化了运用层视频编码中的帧内刷新率,使之自适应当前的网络情况。第

三、由于漏检和误检会导致频谱占用状态无法直接观察,因

摘要：协作通信是IMT-Advanced系统中非常重要的技术,它利用无线媒介的广播特性,在不增加硬件复杂度的前提下,使得单根天线的用户利用协作伙伴的天线,形成虚拟的天线阵列,以而获得空间分集增益,来对抗无线信道的衰落、提升信道容量和无线链路的传输可靠性、扩大无线传输的覆盖范围；另一方面,随着无线通信网络逐渐向宽带化和智能化的方向进展,飞速增加的无线频谱资源需求和相对匮乏的频谱资源供给之间的矛盾日益加剧。然而,联邦通信委员会的探讨报告表明,现有的固定频谱分配机制使得无线频谱资源在时域和频域上不同程度地被闲置和浪费。认知无线电技术,旨在打破传统僵化的频谱资源管理和利用机制,被认为是实现动态频谱接入,缓解无线频谱资源紧缺不足的关键技术。二者的结合能有效地改善系统的传输性能,提升频谱利用率,已成为当前的探讨热点。本论文针对协作通信中的多中继节点选择和资源分配、协作与认知无线通信网络中的TCP性能以及多媒体传输性能的优化进行了相关的探讨,提出了相应的革新性解决机制,并做了详细的论述浅析和性能仿真。本论文的主要贡献和革新点如下：1.提出了解码转发式协作通信网络中的机会多中继选择对策和最优功率分配算法。首先,浅析了单中继节点选择对策无法获得“涌现”增益,而若所有中继节点都参与协作,又会加大系统实现复杂度、不利于同步的实现,因而需要选择合适数量的中继节点参与协作；另外,在无线传感器网络、移动Ad Hoc网络中,中继节点利用电池供电,能量是有限的,而网络存活时间又与节点的剩余能量密切相关。第二,为延长平均网络存活时间,提出了基于瞬时信道状态信息和剩余能量信息的机会多中继选择对策,避开了过度利用信道条件较好的中继节点,平衡各节点的资源利用。第三,在机会多中继选择的基础上,以最大化信道容量为优化目标,利用拉格朗日对偶分解和次梯度投影算法,对源节点和协作中继节点的功率进行最优分配。最后,仿真结果表明,所提的机制能以较低的复杂度显著地提升平均网络存活时间,可通过调整权值系数使得信道容量和网络存活时间之间达到一个很好的折中。2.提出了基于Underlay架构的协作与认知无线通信网络中的TCP端到端吞吐量优化机制。首先,浅析了基于Underlay架构的认知无线网络中优化TCP性能的必要性,讨论了可用频谱的动态特性、物理层的调制与编码机制、MAC层的自动重传机制对TCP端到端吞吐量的影响。第二,考虑了授权用户(Primary User, PU)的服务质量(Quapty of Service, QoS)需求。在认知用户(Secondary User, SU)接入授权频段的同时,保证PU链路的中断概率低于预设的门限；另外,能效的角度考虑了剩余能量对网络存活时间的影响。第三,将基于Underlay架构的协作与认知无线通信网络描述为一个状态时变的机(Restless Bandits)系统,利用其优先权-索引特性,通过线性规划松弛和原始-对偶启发式算法得出最优对策。最后,仿真结果表明,该机制能较大改善TCP端到端吞吐量。3.以跨层设计的角度,提出了协作与认知无线通信网络中综合考虑信道感知与接入对策的多媒体性能优化机制。首先,以用户感受角度出发,浅析了协作与认知无线网络中多媒体性能优化的必要性,讨论了基于动态频谱特性的信道感知与接入对策对运用层多媒体传输性能的影响。第二,以端到端的视频失真为目标,优化了运用层视频编码中的帧内刷新率,使之自适应当前的网络情况。第三,由于漏检和误检会导致频谱占用状态无法直接观察,因而将信道感知和信道接入描述为部分可观测马尔可夫历程(POMDP)。通过动态规划算法和值函数得到相应的最优对策,另外,为降低计算复杂度,通过贪婪算法得到次优对策。最后,仿真结果表明,所提的机制能减小多媒体传输时的端到端的视频失真,提升了用户体验满意度。关键词：协作通信论文认知无线网络论文动态频谱接入论文中继节点选择、QoS保证论文跨层优化、TCP吞吐量、多媒体传输论文
本论文由www.7ctime.com,需要论文可以联系人员哦。摘要4-6
ABSTRACT6-9
目录9-12
图表目录12-14
第一章 绪论14-35
1.1论文导读：继节点选择和功率分配历程87-894.6仿真结果与性能浅析89-974.6.1仿真场景设置89-904.6.2次级用户的最大发射功率90-914.6.3跨层设计参数对TCP性能的影响91-934.6.4中继选择对策对TCP性能的影响93-954.6.5剩余能量状态对系统性能的影响95-974.7本章小结97参考文献97-101第五章协作与认知无线通信网络中的多媒体传输性
论文的探讨背景14-16

1.2 探讨近况及探讨作用16-26

1.2.1 协作通信技术16-17

1.2.2 协作通信主要探讨内容17-19

1.2.3 认知无线电与认知无线网络19-21

1.2.4 认知无线网络主要探讨内容21-25

1.2.5 认知无线网络中的协作通信探讨25-26

1.3 本论文的主要贡献和章节安排26-29

1.3.1 本论文的主要革新性工作26-28

1.3.2 本论文的章节安排28-29

参考文献29-35
第二章 协作通信与认知无线网络中的关键技术35-57

2.1 引言35-36

2.2 协作通信基本原理与协议36-40

2.1 协作通信的基本原理36-37

2.2 协作通信协议37-40

2.3 无线协作网络中的中继选择和资源分配40-44

2.3.1 协作通信中的中继节点选择技术40-43

2.3.2 OFDM协作中继系统中的功率和子载波分配43-44

2.4 认知无线网络频谱检测与接入44-47

2.4.1 认知无线网络频谱检测技术44-46

2.4.2 认知无线网络频谱接入方式46-47

2.5 认知无线网络中的跨层设计策略47-50

2.5.1 跨层设计的基本原理48-49

2.5.2 基于动态频谱的跨层设计49-50

2.6 本章小结50-51

参考文献51-57
第三章 协作无线通信网络中多中继选择和功率分配探讨57-75

3.1 引言57-59

3.2 系统模型59-61

3.

2.1 网络场景59

3.

2.2 信道模型59-60

3.

2.3 系统容量浅析60-61

3.3 多中继协作节点选择机制61-64

3.1 机会协作中继原理61

3.2 算法设计61-62

3.3 多中继节点选择步骤62-64

3.4 最优功率分配算法64-67

3.4.1 最优化建模65

3.4.2 拉格朗日对偶不足65-66

3.4.3 次梯度投影算法66-67

3.5 仿真结果与性能浅析67-72

3.5.1 仿真场景设置67-68

3.5.2 网络存活时间68-70

3.5.3 信道容量比较浅析70-71

3.5.4 权值系数对系统性能的影响71-72

3.6 本章小结72

参考文献72-75
第四章 协作与认知无线通信网络中的TCP传输性能探讨75-101

4.1 引言75-77

4.2 协作与认知网络中TCP吞吐量浅析77-81

4.

2.1 系统描述77-78

4.

2.2 TCP吞吐量78-80

4.

2.3 信道和频谱模型80

4.

2.4 中继节点剩余能量模型80-81

4.3 基于主用户Qos保证的认知用户传输功率81-83
4.

3.1 主用户链路的中断概率81

4.

3.2 认知用户的传输功率81-83

4.4 Restless Bandits不足建模83-85

4.1 中继节点的动作集合83

4.2 状态集合和转移概率83-84

4.3 系统收益84-85

4.5 Restless Bandits不足求解85-89

4.5.1 构建线性规划松弛85-86

4.5.2 Primal-Dual启发式算法86-87

4.5.3 最佳中继节点选择和功率分配历程87-89

4.6 仿真结果与性能浅析89-97

4.6.1 仿真场景设置89-90

4.6.2 次级用户的最大发射功率90-91

4.6.3 跨层设计参数对TCP性能的影响91-93

4.6.4 中继选择对策对TCP性能的影响93-95

4.6.5 剩余能量状态对系统性能的影响95-97

4.7 本章小结97

参考文献97-101
第五章 协作与认知无线通信网络中的多媒体传输性能探讨101-128

5.1 引言101-103

5.2 系统模型103-109

5.

2.1 认知无线网络中的协作传输103-104

5.

2.2 频谱占用模型104-105

5.

2.3 频谱检测策略105-106

5.

2.4 信道衰落模型106-107

5.

2.5 自适应调制编码技术107-109

5.3 多媒体传输的率失真优化109-111
5.

3.1 宏块编码方式109

5.

3.2 帧内刷新率109-110

5.

3.3 量化失真110

5.

3.4 传输失真110-111

5.

3.5 端到端失真优化111

5.4 基于POMDP策略的不足建模111-114
5.

4.1 状态空间和转移概率111-112

5.

4.2 动作空间112

5.

4.3 观察空间112-113

5.

4.4 信任矢量113

5.4.5 系统收益函数11论文导读：章结束语128-1306.1本论文的工作总结128-1296.2下一步探讨计划129-130附录130-133致谢133-135作者攻读博士学位期间取得的学术成果135-136上一页123
3-114
5.

4.6 优化目标和约束条件114

5.5 POMDP不足求解114-117

5.1 最优对策114-116

5.2 次优对策116-117

5.6 仿真结果与性能浅析117-124

5.6.1 仿真场景设置117

5.6.2 最优帧内刷新率117-119

5.6.3 系统收益比较浅析119-123

5.6.4 信道状态转移概率对信道接入的影响123-124

5.7 本章小结124

参考文献124-128
第六章 结束语128-130

6.1 本论文的工作总结128-129

6.2 下一步探讨计划129-130

附录130-133
致谢133-135
作者攻读博士学位期间取得的学术成果135-136