全双工认知无线电网络中多电平频谱感知接入机制研究

This proposal focuses on researching the multiple level spectrum sensing and access mechanism in the full-duplex cognitive radio networks. In the full-duplex cognitive radio networks, the cognitive users could employ two antennas to carry out spectrum sensing and transmitting simultaneously. However, the transmitting signal introduces the self-interference to the spectrum sensing when the self-interference suppression is imperfect. Different to the existing work, we consider the full-duplex cognitive radio networks where the licensed users could possibly transmit with multiple power levels. Firstly, we illustrate the relationship between the non-deterministic self-interference and the sensing access performances, and propose a multiple level energy detection model based on composite hypothesis testing in the full-duplex cognitive radio networks to identify the multiple power level of licensed users. Secondly, we propose a new spectrum sensing and access coordination mechanism. Both the influence of self-interference and multiple power levels of licensed users on the spectrum sensing and throughput are considered. By means of communication modes selection and power control, we employed the refined multiple level sensing results to maximize the spectrum efficiency of the licensed spectrum and improve the throughput of the full-duplex cognitive radio networks.

本项目拟重点研究全双工认知无线电网络中的多电平频谱感知接入机制。在全双工认知无线电网络中，认知用户通过两根天线可以在一个时隙内连续执行频谱感知并且同时发送信号。但在非理想自干扰抑制条件下，发射信号会对频谱感知过程产生自干扰。不同于已有工作，本项目拟考虑授权用户具备多阶发射功率的全双工认知无线电网络场景。项目拟首先揭示非确定性自干扰与全双工多电平感知接入性能之间的关系，建立一种基于复合假设检测的全双工认知无线电网络多电平能量检测模型，以实现对授权用户多阶发射电平的检测和区分。并基于多电平检测结果提出一种新的频谱感知接入协调机制，该机制同时考虑自干扰信号和授权用户多阶发射电平对全双工认知无线电网络频谱感知精度和吞吐量性能的影响，从通信模式选择和功率控制两方面同时着手，在保障授权用户传输性能的同时，最大化授权频谱的频谱效率，提升全双工认知无线电网络的吞吐量。

在无线通信资源受限条件下，如何提升蜂窝接入网络的服务质量与用户体验是信息与通信技术领域发展的难点问题。机会式利用其它网络空闲频段的全双工认知无线电网络已成为重要的研究方向，其关键在于阐明差异化网络间多维资源共享的机理。然而，全双工认知无线电网络资源共享的精准模型长期缺乏是制约接入性能进一步提升的重大瓶颈，探究资源共享机理、提出有效的资源分配优化方法是攻克这一瓶颈的关键科学问题。.在国家自然科学基金的资助下，课题组针对全双工认知无线电网络中的多电平频谱感知接入问题，开展了系统、深入的研究。在全双工认知无线电网络中，认知用户通过两根天线可以在一个时隙内连续执行频谱感知并且同时发送信号。但在非理想自干扰抑制条件下，发射信号会对频谱感知过程产生自干扰。不同于已有工作，本项目考虑授权用户具备多阶发射功率的全双工认知无线电网络场景。项目首先揭示了非确定性自干扰与全双工多电平感知接入性能之间的关系，建立了一种基于复合假设检测的全双工认知无线电网络多电平能量检测模型，以实现对授权用户多阶发射电平的检测和区分。基于多电平检测结果，课题组提出了一种新的频谱感知接入协调机制，该机制同时考虑自干扰信号和授权用户多阶发射电平对全双工认知无线电网络频谱感知精度和吞吐量性能的影响，从通信模式选择和功率控制两方面同时着手，在保障授权用户传输性能的同时，可以最大化授权频谱的频谱效率，从而实现整体网络吞吐量和频谱利用率的提升。项目研究成果为无线网络破解无线频谱资源瓶颈、实现网络效用最大化、提升业务服务质量与用户体验提供理论指导，具有一定的理论研究意义和应用价值。