认知无线电系统中协作通信技术的研究.pdf

单位代码：  10293    密  级：  公  开   
 
 
 

硕 士 学 位 论 文
 
 
     论文题目：  认知无线电系统中协作通信技术的研究   
                  

学号 1010010437
姓名 徐中伟
导 师 侯晓赟 副教授
                  学 科 专            业 信号与信息处理      
                         研 究 方 向 无线通信与信号处理技术   
                  申请学位类别              工学硕士          
                  论文提交日期            二零一三年四月
Study on Cooperative Communication
in Cognitive Radio Networks


Thesis Submitted to Nanjing University of Posts and
Telecommunications for the Degree of
Master of Master of Engineering


 
By
Zhongwei Xu
Supervisor: Prof. Hou Xiaoyun
April 2013
摘要
随着通信技术的发展和人们对通信质量要求的提升，频谱利用率较低的现状严重制约了
通信事业的发展。认知无线电技术的出现很好地解决了这一难题。用户可以通过使用该技术
完成对周边环境的感知，并通过重新配置自身参数使用该频谱，接入最理想的频谱。用户不
停地感知周边可以使用的空闲频谱来提高频谱资源的利用率。协作通信技术通过共享网络空
间中其他用户的发射天线，按某种方式协同其他用户传输信息，从而产生类似 MIMO 的传
输效果，使接收端获得空间分集增益，提高了整个系统容量。
将协作通信技术用于认知无线电系统，次用户以相互协作的方式感知频谱，发送信息，
充分提高频谱的利用率。认知无线电与协作通信的结合提高了感知准确度、频谱利用率，同
时还增加了系统容量，充分合理的利用了无线资源。然而协作通信的引入也增加了无线网络
的安全隐患。认知环境的开放性使恶意用户有了接入频谱的可能，对网络的安全性造成了威
胁。
本文将认知无线电技术与协作通信技术相结合，解决主用户占用频谱却不能有效地传输
信息这一问题。本文将网络编码技术用于协作节点用来提高整个认知无线电系统的容量以及
通过功率分配方案达到最优化使用系统资源。考虑到网络的安全性，文章中将对中继协作节
点是否安全分开讨论。
首先本文详细介绍了认知无线电和协作通信这两种技术，并讲述了将协作通信引入认知
无线电系统的必要性。文中给出了完美认知模型和更加贴合实际的认知模型，并阐述了动态
接入频谱的三种模式，还分析了认知无线电系统中存在的安全问题。协作通信常用的几种协
议以及协作通信用于认知中的几种模型也在文中提到。
其次，针对主用户不能完成通信却占用频谱不释放资源的情况，主用户牺牲频谱的使用
换取传输的有效性而选择需要发送信息的次用户来协作传输，提出一种基于网络编码的协作
通信方法。次用户采用物理层网络编码和调制编码技术实现协作与自身通信的目的。文中还
针对主用户的要求设计了基于瞬时信道容量和遍历信道容量