發(fā)布時間：2018-02-28 13:23

  本文關(guān)鍵詞： 認知無線電 OFDM 頻譜分配 博弈論 免疫克隆算法　出處：《西安電子科技大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在無線電領(lǐng)域中,認知無線電技術(shù)的應(yīng)用極大地減少了傳統(tǒng)靜態(tài)頻譜分配的資源浪費,提高了頻譜利用率,改善了整個通信系統(tǒng)的性能,在此基礎(chǔ)上采用合理的策略優(yōu)化信道通信性能是一個極具挑戰(zhàn)性的課題。認知無線網(wǎng)絡(luò)中的資源主要包括頻譜帶寬、發(fā)射功率、調(diào)制方式、頻譜感知方法及感知時間等,這些資源的合理分配影響著整個無線網(wǎng)絡(luò)的信道容量及系統(tǒng)Qo S(Quality of Service,服務(wù)質(zhì)量),因此這些資源的優(yōu)化分配成為提高通信性能的關(guān)鍵技術(shù)。認知OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是將OFDM(Orthogonal frequency-division multiplexing)技術(shù)應(yīng)用于認知無線電中,這種多載波調(diào)制技術(shù)降低了各信道之間的相互干擾,提高了信號傳輸質(zhì)量,其中的資源主要包括子載波和發(fā)射功率等,如何最優(yōu)化地分配這些資源成為近年來的研究熱點。基于此,本文主要研究在認知無線電的頻譜共享接入模式下提高頻譜利用率,以及對認知OFDM網(wǎng)絡(luò)中的子載波和功率進行優(yōu)化分配提高系統(tǒng)信號傳輸質(zhì)量和通信性能。本文的主要工作如下:1.基于認知無線網(wǎng)絡(luò)中合作用戶的頻譜共享模式,提出一種基于博弈論模型的免疫克隆優(yōu)化算法。首先,選擇潛博弈對頻譜建立優(yōu)化分配的模型,根據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)中的TCP/IP協(xié)議中的三次握手機制,對頻譜進行初步分配,經(jīng)過有限次的博弈得到納什均衡點。然后,使用免疫克隆算法優(yōu)化該納什均衡點,通過克隆、變異、選擇等操作,尋找最優(yōu)解。最終,本文算法提高了用戶的SIR(Signal to Interference Ratio,信干比)及系統(tǒng)信道容量,得到了較好的信道分配性能。2.基于博弈論思想,利用完全信息動態(tài)博弈對認知OFDM中的子載波和功率分配問題進行建模,將每個子載波看作博弈的參與者,將所有用戶看作每個博弈者的選擇策略,考慮系統(tǒng)的總信道容量、功率約束及比例公平約束等條件,合理設(shè)置效益函數(shù),最終通過有限次的博弈尋找最優(yōu)解,增大了系統(tǒng)吞吐量。3.研究認知OFDM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的下行鏈路子載波和功率的優(yōu)化分配,提出一種基于免疫克隆選擇算法的改進算法。本文選擇兩步式的分配方法:(1)將子載波分配給用戶;(2)將功率分配給子載波。首先使用近似貪婪的比例公平初始化方法生成初始子載波種群,初步實現(xiàn)用戶吞吐量分配的比例公平性。然后利用罰函數(shù)法將系統(tǒng)總的吞吐量、功率約束及比例公平約束條件等轉(zhuǎn)化為評價函數(shù)對子載波和功率進行優(yōu)化分配,尋找適應(yīng)度最高的抗體,解碼即為子載波和功率的最優(yōu)分配方案。最終,系統(tǒng)的整體通信性能得到較大的提高,用戶吞吐量比例公平性也接近理想。
[Abstract]:In the field of radio, the application of cognitive radio technology has greatly reduced the waste of resources in traditional static spectrum allocation, improved the spectrum efficiency and improved the performance of the whole communication system. On this basis, it is a challenging task to optimize the channel communication performance by adopting reasonable strategies. The resources in cognitive wireless networks include spectrum bandwidth, transmit power, modulation mode, spectrum sensing method and sensing time, etc. The rational allocation of these resources affects the channel capacity of the whole wireless network, the quality of service and the quality of service of the system. Therefore, the optimal allocation of these resources becomes the key technology to improve the communication performance. Cognitive OFDM network system is to make OFDM(Orthogonal. Frequency-division multiplexing technology is used in cognitive radio, This kind of multicarrier modulation technology reduces the mutual interference between different channels and improves the quality of signal transmission. The resources mainly include subcarriers and transmit power, etc. How to optimize the allocation of these resources has become a hot topic in recent years. Based on this, this paper mainly studies how to improve the spectrum efficiency under the shared access mode of cognitive radio. As well as optimizing the subcarrier and power allocation in cognitive OFDM network to improve the signal transmission quality and communication performance. The main work of this paper is as follows: 1. Based on the spectrum sharing mode of cooperative users in cognitive wireless networks, An immune clone optimization algorithm based on game theory model is proposed. Firstly, the optimal allocation model of spectrum is established by using latent game, and the spectrum is initially allocated according to the three-order handshake mechanism of TCP/IP protocol in computer network. After a finite number of games, the Nash equilibrium point is obtained. Then, the immune clone algorithm is used to optimize the Nash equilibrium point, and the optimal solution is found through cloning, mutation, selection and so on. The proposed algorithm improves the SIR(Signal to Interference ratio (signal-to-interference ratio) and the channel capacity of the system, and obtains a better channel allocation performance. 2. Based on the game theory, Using the complete information dynamic game to model the subcarrier and power allocation problem in the cognitive OFDM, each sub-carrier is regarded as the participant of the game, and all users are considered as the selection strategy of each gamer, and the total channel capacity of the system is considered. Under the condition of power constraint and proportional fairness constraint, the benefit function is set reasonably, and the optimal solution is found through a finite game, which increases the throughput of the system. 3. The optimal allocation of subcarrier and power in the downlink of cognitive OFDM network system is studied. This paper proposes an improved algorithm based on immune clone selection algorithm. In this paper, we choose a two-step allocation method: 1) assign subcarriers to users / 2) and allocate power to subcarriers. First, we use an approximate greedy proportional fair initializer. Method to generate the initial subcarrier population, Then the penalty function is used to convert the total throughput, power constraints and proportional fairness constraints of the system into evaluation functions to optimize the allocation of subcarriers and power. In order to find the antibody with the highest fitness, decoding is the optimal subcarrier and power allocation scheme. Finally, the overall communication performance of the system is greatly improved, and the fairness of the user throughput is close to the ideal.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN925

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本文編號：1547476