[毕业论文] 基于可变速率码的认知合作通信吞吐量分析 [复制链接]

资料简介：
毕业论文-基于可变速率码的认知合作通信吞吐量分析，共88页，25114字


中文摘要
认知无线电(CR)是最新出现的一种可以有效提高稀缺频谱资源利用率的方
法。该系统通过允许次级用户(SU)使用主用户(PU)的未占用频谱，而不对主用户
产生有害干扰，来达到这一目标。在认知无线电网络中，即使当次级用户接入频
谱空洞时，其传输功率也需要受到限制。为了有效降低次级用户的传输功率，合
作通信技术可以被用于次级用户传输中。使用合作通信的次级用户系统可以通过
可变速率编码技术来结合利用多个频谱空洞传输信息，从而最大化次级用户系统
的吞吐量。此外，通过使用可变速率编码，次级用户系统可以将传输信息分散到
多个信道来传输，而不需要复杂的同步工作。这使得低复杂度传输协议的设计与
实现成为可能。
在这篇文章中，我们提出并分析了一种新的使用合作通信和可变速率码的低
复杂度次级用户通信协议。特别的，本文提出了关于次级用户系统吞吐量的一些
关键的性能分析结果，并且基于压缩映像原理，证明了次级用户系统的状态分布
必将趋于平稳分布。本文随后给出了计算次级用户系统吞吐量的方法。此外，本
文还给出了在高信噪比与低信噪比情况下，次级用户系统吞吐量的渐进分析与验
证结果。仿真结果表明本文提出的基于可变速率码的合作通信次级用户系统相比
于传统方法（无合作），在吞吐量方面存在最大达 70%的性能增益。此外，该传
输协议还具有低复杂度以及可分布式工作等特点。
关键词：次级用户；中继信道；合作协议；马尔可夫模型；可变速率编码

ABSTRACT
Cognitive Radio (CR) is an emerging and powerful solution that can significantly
improve the utilization of limited radio spectrum resources by allowing secondary
users (SUs) to borrow unused spectrum from primary user (PU) networks, without
causing harmful interference to the licensed systems. In such CR networks, the
transmission power of SU is limited even when it accesses the spectrum holes. To
overcome this, cooperative communication can be incorporated in SU transmission.
Cooperative SU system could employ rateless codes to jointly make use of multiple
spectrum holes for transmission so as to maximize the end-to-end throughput. Besides,
using rateless codes, it would be feasible for SU to distribute the information packets
to different channels with no need of synchronization between them, which benefits
the design of low-complexity transmission protocols.
In this paper, we propose and analyze a novel low-complexity protocol that
utilizes rateless codes in the cooperative SU system. In particular, we propose some
key performance analysis results and the convergence property of the SU system is
then proved, utilizing the contraction mapping theorem. Besides, the method
calculating the end-to-end SU throughput is given in this paper. Moreover, the
asymptotic performances of SU throughput at low and high SNRs are proposed and
validated. It is demonstrated through numerical results that the proposed rateless
code-based cooperative SU system outperforms conventional SU systems (without
relay) by a maximum of 70% gain in throughput. Besides, the protocol has low
complexity and can be operated in a distributive manner.
Keywords：Secondary User；Relay Channels；Cooperative Protocol；Markov
Model；Rateless Codes

目录
第 1 章 引言 .....1
1.1 认知无线电，合作通信与可变速率码概述 ......1
1.1.1 认知无线电概述 .....1
1.1.2 合作通信概述 .........2
1.1.3 可变速率编码概述 .3
1.1.4 三者的结合情况 .....4
1.2 本文主要内容 ....6
第 2 章 系统建模与传输协议 .......9
2.1 系统概述 ..9
2.2 系统的物理层模型 ......9
2.3 系统的 MAC 层模型 .10
2.4 基于可变速率码的传输协议详述 12
2.4.1 传输协议的基本思想 .....12
2.4.2 传输协议的详细步骤 .....13
2.4.3 如何求解系统吞吐量 .....19
第 3 章 SU 传输系统性能分析 ...21
3.1 传输块的概念 ..21
3.2 定义与引理 ......24
3.2.1 信道状态 .....24
3.2.2 有效传输时间 .......25
3.2.3 SU 系统状态空间与状态空间的概率空间 ..27
3.2.4 引理一：单信道传输情况下传输延时的条件分布 .......27
3.3 SU 系统的稳态下的吞吐量求解 ...29
3.4 SU 系统的稳态求解 ...31
3.5 定理的简要证明 ........36
3.5.1 引理一的证明 .......36
3.5.2 定理一的证明 .......38
3.5.3 定理二的证明 .......40
3.5.4 定理三的证明 .......47
第 4 章 SU 系统吞吐量的渐进性质与近似性质 .....53
4.1 高信噪比情况下的渐进性质 ........53
4.2 低信噪比情况下的渐进性质 ........54
第 5 章 仿真结果 .....57
5.1 SU 系统吞吐量：迭代算法结果 vs 仿真结果..57
5.2 SU 系统吞吐量：渐进性质 vs 仿真结果60
第 6 章 总结 ...63
插图索引 . I
参考文献 .........III
致谢 V
声明 ....... VII
附录 A 外文资料的调研报告 .... IX
在学期间参加课题的研究成果 XIII

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