【摘要】：目前,在信息時(shí)代背景下,無(wú)線通信技術(shù)迅猛發(fā)展,已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。伴隨著無(wú)線通信設(shè)備的廣泛應(yīng)用、接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備增多、無(wú)線移動(dòng)用戶迅速增長(zhǎng)以及無(wú)線通信業(yè)務(wù)多樣化增加,導(dǎo)致用戶吞吐量需求與稀缺的無(wú)線頻譜資源的矛盾日益凸顯,對(duì)未來(lái)無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展提出了巨大挑戰(zhàn)。然而,美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC,Federal communications commission)的調(diào)查表明,授權(quán)用戶的頻譜利用率極低,產(chǎn)生了大量的頻譜空洞現(xiàn)象。如何在有限的無(wú)線頻譜資源條件下,滿足無(wú)線用戶日益增長(zhǎng)的通信需求以及保證無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性是未來(lái)無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展的重要課題。認(rèn)知無(wú)線電(CR,Cognitive radio)技術(shù)的提出為解決這一課題帶來(lái)了曙光,其作為一種新型的智能無(wú)線通信系統(tǒng),具有智能感知周圍無(wú)線電磁環(huán)境、實(shí)現(xiàn)各種用戶頻譜共享的特性,可以有效提高頻譜利用率。認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)由主用戶(PU,Primary user)和次用戶(SU,Secondary user)共同組成,主用戶對(duì)授權(quán)頻譜具有優(yōu)先使用權(quán),該網(wǎng)絡(luò)允許次用戶在保證主用戶通信質(zhì)量的前提下調(diào)整其傳輸參數(shù),機(jī)會(huì)式地接入授權(quán)頻譜,實(shí)現(xiàn)兩種用戶的頻譜共享以及頻譜資源的合理分配。與此同時(shí),無(wú)線通信設(shè)備所產(chǎn)生的巨大能量消耗與能量供給緊缺之間的矛盾也變得不容忽視。認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)雖然可以提高頻譜有效性,但是相較于其它通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)其功能復(fù)雜性更大,因此面臨著更嚴(yán)重的能耗問(wèn)題。那么,在無(wú)線通信需求迅速增長(zhǎng)的前提下,協(xié)調(diào)無(wú)線頻譜資源的有效性以及降低無(wú)線通信的能源消耗也成為當(dāng)前通信技術(shù)發(fā)展的核心問(wèn)題。將能量收集(EH,Energy harvesting)技術(shù)引入認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中,次用戶發(fā)射端接有能量收集裝置,可以收集其它能量并將其轉(zhuǎn)換為電能供給次用戶來(lái)傳輸數(shù)據(jù),是頻譜資源利用率低以及能耗問(wèn)題的有效技術(shù)解決方案。能量收集裝置可以從周圍環(huán)境(例如風(fēng)能、太陽(yáng)能等)收集能量,也可以收集授權(quán)用戶傳輸過(guò)程中發(fā)出射頻信號(hào)所攜帶的射頻能量。本文針對(duì)基于能量收集技術(shù)的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中功率分配問(wèn)題進(jìn)行了深入研究,主要工作總結(jié)如下:1)為同時(shí)提高頻譜利用率和能量使用效率,本文將射頻(RF,Radio frequency)能量收集技術(shù)引入認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行次用戶系統(tǒng)最優(yōu)功率分配問(wèn)題的研究。我們假設(shè)次用戶發(fā)射端接有可以收集主用戶RF能量的能量收集裝置。采用下墊式頻譜共享方式,優(yōu)化目標(biāo)為最小化次用戶系統(tǒng)比特誤碼率,綜合考慮次用戶最大傳輸功率約束以及主用戶接收端處干擾溫度約束,對(duì)次用戶在每個(gè)子載波上的傳輸功率進(jìn)行分配。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真分析了我們所提出的功率分配算法的有效性和收斂性,驗(yàn)證了該算法可以實(shí)現(xiàn)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸性能的優(yōu)化。2)對(duì)基于能量收集技術(shù)的多用戶認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)最優(yōu)功率分配問(wèn)題進(jìn)行了研究�？紤]多次用戶的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò),并且每一個(gè)次用戶的發(fā)射端都安裝能量收集裝置。針對(duì)次用戶發(fā)射端的最大發(fā)射功率約束、最小吞吐量約束以及主用戶接收端的干擾溫度約束,優(yōu)化了多個(gè)時(shí)隙下次用戶系統(tǒng)的平均吞吐量。本文采用正交頻分復(fù)用(OFDM,orthogonal frequency division multiplexing)接入方案,可用的頻譜資源被劃分為子載波。利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃以及靜態(tài)優(yōu)化來(lái)得到每個(gè)次用戶在每一時(shí)隙下的最優(yōu)傳輸功率,也就是使用遞歸算法和拉格朗日乘子法來(lái)解決優(yōu)化問(wèn)題。本文提出的算法可以在滿足系統(tǒng)約束條件的基礎(chǔ)上,最大限度提高次用戶平均吞吐量,從而可以在保證主用戶傳輸質(zhì)量的前提下對(duì)次用戶系統(tǒng)的傳輸進(jìn)行性能進(jìn)行優(yōu)化。
【圖文】：

如圖1.1 所示。根據(jù)圖 1.1，次用戶的接收機(jī)持續(xù)監(jiān)聽(tīng)無(wú)線電環(huán)境中電磁信號(hào)，，感知無(wú)線電環(huán)境中的射頻變化情況，通過(guò)無(wú)線電場(chǎng)景分析以及信道的估計(jì)與檢測(cè)等手段，估計(jì)到量化的信道容量、主用戶接收機(jī)干擾溫度、噪聲統(tǒng)計(jì)、頻譜空洞等有效信息，并通過(guò)反饋信道將這些有效信息反饋給次用戶發(fā)射機(jī)。在對(duì)接收的反饋信息進(jìn)行處理和更新之后，次用戶發(fā)射機(jī)得以完成次用戶的功率分配與頻譜資源分配，正是次用戶接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間這種實(shí)時(shí)的信息傳遞與共享，認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中主用戶與次用戶之間的頻譜共享才得以實(shí)

頻譜空洞示意圖（頻域）
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN925

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉麗;皮立華;李文杰;;綠色通信的發(fā)展歷程、發(fā)展策略和政策導(dǎo)向分析[J];移動(dòng)通信;2012年09期

本文編號(hào)：2684180