1绪论
1.1论文研究背景及意义
随着通信信息化技术的发展以及无线智能设备的大量普及，无线频谱已经成为一种宝贵的社会资源。目前在全球范围内已知的商用化的无线通信网络都采用了固定分配频谱资源的策略，例如在我国由官方机构管理频谱资源，并且把这些频谱长期分配给经过授权的运营服务商或用户进行使用。除此之外，如频谱强度分布图1.1所显示，很大一部分被授权的频谱只是零星地得到使用。认知无线电技术是认知无线电网络中最核心的技术。认知无线电技术使得网络中的用户可以在一种动态的机制下使用和共享频谱。而动态频谱技术使得认知无线电设备可以在最佳可用信道上进行传输。具体来说，认知无线电技术可以使得用户（1)决定哪些频谱是可用的，同时当用户在一个授权的频谱信道上操作时可以探知到授权用户的出现（频谱感知）。（2)选择最佳可用信道（频谱管理）。（3)与其他用户合作进入使用该信道。（频谱共享）。（4)在使用某一授权频谱时探测到授权用户要使用该频谱，及时退出让出该频谱。（频谱切换）。
1.2国内外研究现状
合作中继技术特别是合作中继选择算法的研究早已经展幵[2]。在常规的无线网络中，各种类型的旨在适应合作中继模型的中继选择技术已经被之前的学者提出并进行了研究。这些合作中继选择算法存在的一个共性的缺陷在于算法的实施需要知道所有潜在中继节点的相关信道信息。这个要求使得这些算法在认知无线电网络中无线设备的数量不断增长的背景下具有较低的执行效率。例如，中继选择算法需要获知所有节点的信道信息[3];中继选择算法要求获知输入信道的调度情况[4]；中继选择算法需要知道潜在中继节点的信噪比（Signal Noise Ratio, SNR)信息[5];中继选择算法需要计算所有潜在中继节点的信噪比门限值l6],这样会导致较低的执行效率。基于上述情况的考虑，本文将研究并提出不需要获取所有潜在中继节点信息的合作中继选择算法以适应认知无线电网络的要求。
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2认知无线电网络技术和合作中继技术概述
2.1认知无线电网络技术
软件无线电技术所具有的工作频段和波形由软件控制的特点使其能够满足前两点需求。而为了满足最后一点要求，Mitola博士在软件无线电技术的研究基础上于1999年提出了认知无线电（Cognitive Radio，CR)的技术思想[26]。认知无线电技术是软件无线电技术在向市场化拓展过程中衍生发展出的新技术思想。两种无线通信网络技术之间的主要不同在于：软件无线电的工作参数由软件控制，允许通过编程技术来改变收发设备的工作频率和调制方式；认知无线电能通过与身处的网络环境的交流沟通来及时调整设备的参数以达到降低功耗、提高频谱利用率的目的。
2.2认知无线电网络架构
既然认知无线电网络可以同时部署在在授权及非授权频谱上，那么认知无线网络的功能根据认知无线电设备是否工作在授权频谱上也有着不同的需求。因此相应地把认知无线电网络的工作方式分为认知无线电网络部署在授权频段和在非授权频段两大类，并分别进行阐述。(1)认知无线电网络部署在网络中的授权频段上由于在某些授权的频段上可能会暂时产生未被主用户使用的频谱空穴。因此认知无线电网络可以让设备通过相关的认知无线电技术使用这些频谱空穴上。在这种场景中，认知无线电网络与主网络在相同位置使用相同的授权频段协同工作，如图2.6所示。
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3基于停止理论的合作中继选择算法研究……..19
3.1系统模型……….19
3.2最优停止策略……….22
4多合作中继用户选择算法研究……….40
4.1系统模型………40
4.2合作屮继用户数量的确定………43
4. 3最优多重停止策略………….. 43
5总结与展望………….54
5.1工作总结…………54
5. 2未来展望 ………55
4多合作中继用户选择算法研究
4.1系统模型
本章所研究的认知无线电合作中继系统网络模型与上一章的系统模型类似，同样由主用户发送端、主用户接收端和n个次用户设备组成。用表示主用户发送端，表示主用户接收端，表示第i个次用户和组成了一个主用户对。由于系统中主用户对业务需求和定位的不同，本章所研究的多合作中继用户选择算法系统模型与基于停止理论的合作中继选择算法系统模型不同之处在于主用户对需要同时传输多个数据包，因此在合作中继工作模式下主用户对需要尽快地寻找到多个次级用户作为合作中继帮助传输。为了更清晰地展现多个合作中继同时帮助主用户对传输多个数据包的特点，多合作中继用户选择算法的系统模型图4.1所示，当需要向户,发送数据包的时候，如果它们之间的直接通信链接受到周围无线通信环境较大的影响而导致受损较大，它们会寻找周围信道性能较好的多个空闲的次级用户来作为中继节点帮助传输数据。为了保证全文内容的连贯性和一致性，与上章类似。
4.2合作中继用户数量的确定
主用户对在执行多中继用户选择算法时一个关键的步骤为对合作中继用户数量参数的确定。从直观上分析可知主用户选择更多的合作中继用户能保证系统性能更加优异，但是这也会导致主用户花费更多的时间在中继选择过程以及网络中参与合作中继模式的用户消耗更多的能量。同时本文的研究目的旨在提出两种保证高效率的合作中继选择算法。综合考虑上述两点，本章所研究的多合作中继用户选择算法对合作中继用户数量的需求为选择满足通信服务质量的最小数量的次级候选中继。
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5总结与展望
5.1工作总结
本文的主要工作总结如下：1.介绍了认知无线电网络下合作中继技术及中继选择算法的研究背景和意义。全面阐述了对合作中继技术和中继选择问题的国内外研究现状，对这些工作釆用的不同算法的优缺点进行了简单的介绍和比较。2.详细介绍了认知无线电网络技术的基本概念，对认知无线电技术的认知功能、可重构功能作了阐述，还介绍了认知无线电网络的物理结构及网络架构；还介绍了合作中继技术的基本原理。3.针对认知无线电网络中合作中继选择问题提出了基于停止理论的合作中继选择算法，该算法运用停止理论来比较主用户在探测次级用户信道质量时能够的获得的即时收益和长期受益，最终推导出最优停止准则；并且证明了最优停止准则解的存在性。
5. 2未来展望
本文目前所做的工作主要着重于研究认知无线电网络下主用户选择次级合作中继问题。在本文的研究基础上，未来还可以进一步拓展下列研究工作：1.为了简化研究，本文提出的系统模型中主用户探测次级用户时的忽略了误码率的影响。在实际的通信传输中主用户探测信道质量的结果不可能完全正确。在以后的研究中可以考虑误码率的影响从而使得研究结果更具有普适性。2.在认知无线电网络中起到管理作用的用户可以把信道、功率分配方案与合作中继选择方案结合起来统一进行管理，这样能进一步提高动态频谱接入旳效率和网络吞吐量。
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参考文献（略）