本文關(guān)鍵詞：基于OFDMA的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源分配算法研究　出處：《吉林大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：無線電資源日益緊張,但據(jù)調(diào)查顯示,傳統(tǒng)資源分配算法的頻譜利用率很低。為解決無線電資源緊缺的問題,認(rèn)知無線電這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR)網(wǎng)絡(luò)通過感知頻譜空穴,未授權(quán)用戶(次用戶,Second User,SU)利用授權(quán)用戶(主用戶,Primary User,PU)占用的頻譜資源來傳輸信息,在次用戶傳輸信息的過程中需要根據(jù)傳輸環(huán)境來自適應(yīng)調(diào)整一些傳輸參數(shù),如傳輸速率、傳輸功率和帶寬等。在這一過程中,次用戶對(duì)主用戶產(chǎn)生的干擾是影響認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的主要因素。正交頻分復(fù)用系統(tǒng)(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)能夠靈活地動(dòng)態(tài)分配子載波給多個(gè)用戶,并且相鄰子載波間的干擾較低。因此,它在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的使用。在實(shí)際的OFDM系統(tǒng)中,由于傳輸信號(hào)不完全正交,使得主用戶和次用戶間存在相互干擾。而傳統(tǒng)的資源分配算法可能會(huì)對(duì)主用戶產(chǎn)生過高的干擾。在傳統(tǒng)的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中,通常以填充或襯底的方式為次用戶分配頻譜。填充式即認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)感知頻譜空穴,次用戶利用沒有被主用戶占用的頻譜進(jìn)行傳輸,并在一定的總功率和干擾上限的約束下最大化傳輸速率。而認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)以襯底方式分配資源時(shí),只要次用戶對(duì)主用戶的干擾在一定閾值內(nèi),網(wǎng)絡(luò)就允許次用戶與主用戶一起共享該頻譜。由于單獨(dú)的填充式或襯底式的資源分配算法不能夠充分利用頻譜資源,因此有些學(xué)者提出了填充和襯底聯(lián)合的頻譜接入方式。在以往的聯(lián)合資源分配算法中,只考慮填充這種方式的子載波所產(chǎn)生的干擾,未考慮以襯底方式分配子載波所產(chǎn)生的干擾,且在次用戶網(wǎng)絡(luò)中,沒有考慮感知錯(cuò)誤對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的影響。子載波分配是資源分配的第一步,一些子載波分配算法只是根據(jù)次用戶發(fā)射機(jī)到次用戶接收機(jī)的信道增益來為次用戶分配子載波,還有一些算法即考慮信道增益又考慮傳輸速率。但在這些子載波分配算法中,都忽略了次用戶的初始功率分配對(duì)子載波分配的影響。目前,針對(duì)聯(lián)合資源分配算法的研究都假設(shè)信道增益已知,但在實(shí)際的通信場(chǎng)景中,信道不確定性會(huì)對(duì)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。本文中以填充和襯底聯(lián)合的形式為多個(gè)次用戶分配資源,首先提出一子載波分配算法,在子載波分配過程中,采用子載波分配度量因子。此度量因子與信道情況、子載波干擾、子載波功率有關(guān)。根據(jù)計(jì)算度量因子的數(shù)值,將信道情況好,且對(duì)其它子載波產(chǎn)生干擾小的子載波優(yōu)先分配給次用戶,這種分配方式更加公平,可使每個(gè)次用戶傳輸速率基本一致。在最優(yōu)功率分配過程中,利用了拉格朗日乘子和KKT條件來計(jì)算功率,最大化傳輸速率,并控制總干擾和總功率在一定閾值內(nèi),同時(shí)考慮了感知錯(cuò)誤對(duì)認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的影響。最后,我們基于Worst-case方法,對(duì)次用戶和主用戶間的信道不確定性進(jìn)行魯棒性分析,并利用拉格朗日對(duì)偶法來求解最優(yōu)功率值。仿真結(jié)果表明,在相同條件下,文中提出的資源分配最優(yōu)算法和次優(yōu)算法都要優(yōu)于單獨(dú)的填充式或襯底式資源分配算法。子載波分配算法能夠保證每個(gè)次用戶的利益。通過對(duì)次用戶和主用戶間的信道不確定性進(jìn)行魯棒分析可以使認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)通信性能更穩(wěn)定。
[Abstract]:The radio resources are increasingly strained, but according to the survey, the traditional resource allocation algorithm of the spectrum utilization rate is very low. In order to solve the problem of shortage of radio resource, cognitive radio emerged. The technology of cognitive radio (Cognitive Radio CR) network through spectrum sensing hole, unauthorized users (secondary users, Second User, SU) by authorization users (primary users, Primary User, PU) the occupied spectrum resource to transmit information, in the process of transmission of information to users according to the transmission environment to adaptively adjust some transmission parameters such as transmission rate, transmission power and bandwidth. In this process, the interference of secondary users to primary users is generated the main factors of the cognitive radio network transmission quality. Orthogonal frequency division multiplexing system (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) can dynamically allocate the subcarriers to multiple users, and The interference between neighboring subcarriers is low. Therefore, it has been widely used in cognitive radio networks. In the practical OFDM system, because the transmission signals are not completely orthogonal to the interference between the users and the winner between secondary users. The traditional resource allocation algorithm may produce excessive interference to primary users. In the cognitive radio network in the traditional, usually to fill or substrate for secondary users of spectrum allocation in cognitive radio networks. The filling type sensing spectrum holes of secondary users are not using the spectrum of the primary user occupied for transmission, and the total power in a certain limit and interference under the restriction of the maximum transmission rate and cognitive. The network distribution of resources by way of time as long as the substrate, interference to the primary user in a certain threshold, the network allows secondary users and primary users share the spectrum. The separate filling or lining At the end of the resource allocation algorithm can not make full use of spectrum resources, so some scholars put forward the way of filling joint and the substrate spectrum access. In the joint resource allocation algorithm in the past, only considering the carrier interference generated by filling this way, without considering the interference to the substrate produced by the way subcarrier allocation, and in the secondary users in the network, without considering the influence of perceived errors on the quality of network communication. The subcarrier allocation is the first step in the allocation of resources, some subcarrier allocation algorithm is based on the secondary user transmitter to the user receiver channel to gain user subcarrier allocation algorithm, and some consider the channel gain and consider the transmission rate. But in the subcarrier allocation algorithm, have ignored the impact of the user's initial power allocation of subcarrier allocation. At present, the research on joint resource allocation algorithm Assume that the channel gain is known, but in the actual communication scenario, the channel uncertainty will affect the quality of communication in cognitive radio networks. In the form of filling and the substrate in this paper combined into a plurality of user resource allocation, first proposed a subcarrier allocation algorithm, the subcarrier allocation, using subcarrier allocation measure factor. This measure factor and channel condition, sub carrier interference, the sub carrier power. According to the numerical calculation of measurement factors, the situation of the channel, and the interference of small sub carrier allocation of priority to the secondary users other sub carriers, this allocation more equitable, can make each time the user transmission rate is basically the same. The optimal power allocation process, using the Lagrange multipliers and the KKT condition to calculate power, the maximum transmission rate, and control the total interference and the total power in a certain threshold, while taking into account the sense Know the effect of error on the cognitive radio network. Finally, we based on the Worst-case method, the channel time between the user and the primary user uncertainty robustness analysis, and using Lagrange dual method to solve the optimal power value. The simulation results show that under the same conditions, the proposed algorithm and the optimal resource allocation algorithm is superior to the filling type resource allocation algorithm or substrate alone. The subcarrier allocation algorithm can guarantee that each time the interests of users. Robust analysis can make cognitive radio network communication performance is more stable through the channel between the user and the primary user time uncertainty.

【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】：2016
【分類號(hào)】：TN925

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