【摘要】：隨著無線通信系統(tǒng)對(duì)各種高速率數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的支持,無線網(wǎng)絡(luò)已成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠�。迅速發(fā)展的無線通信技術(shù)對(duì)頻譜帶寬需求旺盛,有限頻譜資源即將耗盡,留給新無線產(chǎn)品可用的頻段幾乎沒有。雖然過去靜態(tài)頻譜分配方案能夠有效工作,但根據(jù)聯(lián)邦通信委員會(huì)的觀測(cè)數(shù)據(jù),已分配頻段在很多地方大部分時(shí)間都沒有被利用。近年來涌現(xiàn)的無線服務(wù)和產(chǎn)品迫切需要接入稀缺的頻譜資源。認(rèn)知無線電是一種可能解決頻譜擁堵問題的有效手段,它能夠利用授權(quán)用戶的頻段,在授權(quán)頻段空閑時(shí)傳輸次(認(rèn)知)用戶數(shù)據(jù),有效提高頻譜利用率。認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)分配空閑信道,靈活滿足不同用戶服務(wù)質(zhì)量需求�；谡活l分復(fù)用接入(OFDMA)的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)具有明顯優(yōu)勢(shì),它分析主用戶頻譜占用情況方法簡(jiǎn)單,具有動(dòng)態(tài)分配資源的能力,充分利用任何空閑子信道,緩解資源短缺危機(jī),OFDMA必將成為認(rèn)知無線電系統(tǒng)的空中接口。主系統(tǒng)出租一些子信道給認(rèn)知系統(tǒng),次用戶作為中繼協(xié)作主用戶傳送數(shù)據(jù)。主用戶的能量效率和次用戶的頻譜接入機(jī)會(huì)都提高,達(dá)到雙贏結(jié)果,主次用戶協(xié)作的認(rèn)知系統(tǒng)被稱為協(xié)作認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)。然而主次用戶如何共存面臨一些挑戰(zhàn),諸如公平性、安全威脅和穩(wěn)健性等需要進(jìn)一步深入研究。本文對(duì)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)和協(xié)作通信系統(tǒng)資源分配技術(shù)進(jìn)行了深入研究,所取得的主要研究成果為:1.為了滿足正交頻分復(fù)用接入無線網(wǎng)絡(luò)多用戶服務(wù)質(zhì)量要求,提出了低復(fù)雜度動(dòng)態(tài)資源分配算法。首先假設(shè)各個(gè)用戶發(fā)射功率相同,按比例分配子載波。然后按照每個(gè)用戶最小速率需求,確定各個(gè)用戶最小發(fā)射功率。最后根據(jù)總功率大小以及用戶所需最小發(fā)射功率,最大化整個(gè)系統(tǒng)容量。分析表明該方法可以得到接近最優(yōu)的發(fā)射功率,仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論的正確性,算法能夠快速進(jìn)行子載波分配和功率控制,滿足無線通信實(shí)時(shí)要求。2.對(duì)協(xié)作認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率和能量效率均衡進(jìn)行了研究,提出了聯(lián)合功率和子載波分配的方案。以最大化授權(quán)網(wǎng)絡(luò)能量效率為目標(biāo)分配資源,保證主次用戶的最小速率要求。分析得到了最優(yōu)發(fā)射功率和子載波分配方式,通過仿真驗(yàn)證了理論的正確性,提出的算法能夠自適應(yīng)分配協(xié)作認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)資源。3.對(duì)多用戶OFDMA協(xié)作認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)低能耗資源分配方案進(jìn)行了探討。降低能量消耗是協(xié)作認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)之一,我們提出了加權(quán)功率和最小算法,子載波按照高可靠性原則進(jìn)行分配。滿足用戶最小數(shù)據(jù)傳輸速率要求,通過拉格朗日對(duì)偶分解法,合理分配子載波和發(fā)射功率,仿真驗(yàn)證了該方法能夠以較低復(fù)雜度分配主次用戶資源。算法能夠控制風(fēng)險(xiǎn),最小化加權(quán)發(fā)射功率。4.研究了協(xié)作認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)資源分配問題,考慮主用戶能量效率和次用戶頻譜效率。被選中次用戶作為主用戶協(xié)作中繼,前傳主用戶數(shù)據(jù),并獲得頻譜接入機(jī)會(huì)。以上過程采用Stackelberg博弈描述,主用戶作為領(lǐng)導(dǎo)者對(duì)時(shí)隙進(jìn)行劃分,清楚次用戶協(xié)作策略。次用戶根據(jù)時(shí)隙劃分,在相應(yīng)時(shí)段傳輸自己的數(shù)據(jù),計(jì)算最優(yōu)發(fā)射功率。以上資源分配方案可以控制主次用戶發(fā)射功率、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜接入。數(shù)字仿真結(jié)果表明:主用戶通過次用戶協(xié)作,能夠減少能量消耗。5.研究了信道估計(jì)對(duì)協(xié)作無線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)資源分配影響,考慮到資源分配方案實(shí)現(xiàn)過程的實(shí)際問題,發(fā)送端往往只擁有非理想信道狀態(tài)信息。采用導(dǎo)頻MMSE信道估計(jì)算法估算信道狀態(tài)信息,合理劃分導(dǎo)頻子載波和數(shù)據(jù)子載波的功率,最大化系統(tǒng)容量。多用戶的子載波分配是一個(gè)NP難問題,把原問題轉(zhuǎn)換為對(duì)偶問題,經(jīng)過二次分解,變成多個(gè)子問題,并采用次梯度法搜索對(duì)偶變量,得到解的表達(dá)式。通過數(shù)字仿真驗(yàn)證了理論分析的正確性,算法在非理想信道狀態(tài)信息條件下,可以提高系統(tǒng)性能。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.53

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉英挺;無線區(qū)域網(wǎng)中資源分配策略研究[D];西安電子科技大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：2554665