【摘要】：無線通信技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會發(fā)展的一個關(guān)鍵技術(shù),在我們的日常生活中,有很多設(shè)備的實現(xiàn)及使用都是基于無線通信,比如,車庫開啟工具,遙感電視,蜂窩電話,電子記事薄以及衛(wèi)星電視的接收。隨著無線設(shè)備的使用,頻譜資源稀缺成為要解決的首要矛盾,認(rèn)知無線電技術(shù)一時成為了大家關(guān)注和研究的焦點。認(rèn)知無線電以提高頻譜利用率為核心目標(biāo),強調(diào)不同用戶級之間的合作共享。該網(wǎng)絡(luò)由授權(quán)用戶(主用戶)和非授權(quán)用戶(次用戶或者認(rèn)知用戶)共同組成,其中主用戶是該頻譜的所有者,享有優(yōu)先使用和支配的權(quán)利,次用戶是外來用戶,認(rèn)知無線電允許次用戶通過頻譜檢測,感知等調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)的方式機會式地接入頻譜,實現(xiàn)與主用戶的協(xié)同合作或者頻譜共享,最終使頻譜得到合理的使用。目前關(guān)于認(rèn)知無線電的研究主要由頻譜感知和資源分配(功率控制)兩部分組成。次用戶通過感知技術(shù)或者概率估計等技術(shù)手段,對主用戶的頻譜進(jìn)行檢測,從而發(fā)現(xiàn)更多的頻譜空洞,獲取更多的通信機會;在感知結(jié)果的基礎(chǔ)之上,次用戶得以機會式接入頻譜,但是需要首先保障主用戶的正常通信,即次用戶發(fā)射機對主用戶接收機的干擾不能超過干擾門限(干擾溫度)。本文圍繞上述問題,針對不同層面,研究了兩種不同的資源分配方案,具體工作如下:(1)從綠色能源的角度出發(fā),考慮能耗問題(最小化發(fā)射功率)。為了減少用戶間的信息交流負(fù)擔(dān),提出了多用戶的分布式認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合實際情況下的信道狀態(tài)信息,在原名義問題(非魯棒問題)基礎(chǔ)上,考慮估計誤差,提出了魯棒資源分配方案。優(yōu)化目標(biāo)為最小化次用戶的發(fā)射功率,外加次用戶的信干噪比約束,主用戶的干擾門限約束和發(fā)射功率閾值約束。采用區(qū)間不確定性模型和橢圓不確定性模型對不確定參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,運用Worst-case的方法將難解的半無限規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為簡單的凸優(yōu)化問題。與之前的研究不同的是,該算法提出了新的信干噪比約束,在保護主用戶的前提下,能有效地保證次用戶的通信質(zhì)量。(2)為了全面考慮系統(tǒng)的參數(shù)誤差問題,本文將頻譜感知誤差(不完美頻譜感知)同魯棒功率分配問題相結(jié)合,形成新的資源分配方案。整個方案分為兩部分,第一部分,次用戶對頻譜進(jìn)行檢測,估計哪些頻譜是空余的,決定是否接入,但是檢測結(jié)果可能出現(xiàn)錯誤,由于虛警概率和誤檢概率的存在,干擾約束條件將由共道干擾和邊帶干擾共同組成;第二部分,在檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上,考慮信道參數(shù)的不確定性,結(jié)合Worst-case方法和柯西-施瓦茲不等式,考慮最壞情況,運用拉格朗日對偶算法,實現(xiàn)功率的最優(yōu)分配,達(dá)到最大化傳輸速率的目標(biāo)。在經(jīng)過算法總結(jié)和性能分析之后得到結(jié)論:不完美的頻譜感知也能較好地評估檢測結(jié)果,抑制對主用戶不必要的干擾,保證主用戶的基本通信質(zhì)量,此外,魯棒算法提前考慮信道不確定性,能有效對抗參數(shù)擾動,保證次用戶的基本通信需求。
[Abstract]:Wireless communication technology has become a key technology of the development of modern society. In our daily life, there are many equipment implementation and use based on wireless communication, such as garage opening tool, remote sensing television, cellular telephone, electronic note book and satellite television receiving. With the use of wireless devices, the scarcity of spectrum resources becomes the primary contradiction to be solved, and the cognitive radio technology has become the focus of attention and research. The cognitive radio is used to improve the spectrum utilization rate as the core target, and the cooperation sharing among different user levels is emphasized. the network is composed of an authorized user (primary user) and a non-authorized user (secondary user or cognitive user), wherein the primary user is the owner of the spectrum, enjoys the right to use and dominate, the secondary user is an external user, the cognitive radio allows the secondary user to pass the spectrum detection, The mode of the system parameters such as sensing and the like is opportunistic to access the spectrum, and the cooperative cooperation or the spectrum sharing with the main user can be realized, and finally the spectrum is reasonably used. The current research on cognitive radio is mainly composed of two parts: spectrum sensing and resource allocation (power control). the secondary user detects the spectrum of the main user through the technical means such as the sensing technology or the probability estimation, so that more spectrum holes are found, and more communication opportunities are obtained; on the basis of the sensing result, the secondary user is able to access the spectrum, It is necessary to first guarantee the normal communication of the primary user, i. e. the interference of the secondary user transmitter to the main user receiver cannot exceed the interference threshold (interference temperature). In the light of the above-mentioned problems, two different resource allocation schemes are studied for different levels, and the specific work is as follows: (1) From the angle of green energy, consider the energy consumption problem (minimize transmission power). In order to reduce the burden of information exchange among users, a multi-user distributed cognitive radio network is proposed. Based on the original nominal problem (non-robust problem), a robust resource allocation scheme is proposed based on the original nominal problem (non-robust problem). The optimization objective is to minimize the transmit power of the secondary user, the interference threshold constraint of the secondary user, the interference threshold constraint of the primary user, and the transmit power threshold constraint. An interval uncertainty model and an elliptic uncertainty model are used to model the uncertain parameters, and the unbounded semi-infinite programming problem is transformed into a simple convex optimization problem by using the method of the Worst-case. It is different from the previous study that the new algorithm is a new constraint, and the communication quality of the secondary users can be effectively guaranteed on the premise of protecting the main users. (2) In order to fully consider the parameter error of the system, this paper combines the spectrum sensing error (imperfect spectrum sensing) with the problem of robust power distribution to form a new resource allocation scheme. the whole scheme is divided into two parts, The interference constraint conditions will be composed of the co-channel interference and the sideband interference. The second part, on the basis of the detection results, considers the uncertainty of the channel parameters, combining the Worst-case method and the Cauchy-Schwarz inequality, considering the worst case, using the Lagrange dual algorithm, The optimal allocation of power is realized, and the aim of maximizing the transmission rate is achieved. after the algorithm and the performance analysis, the conclusion is obtained that the imperfect spectrum sensing can also better evaluate the detection result, inhibit the unnecessary interference of the main user, ensure the basic communication quality of the main user, and moreover, the robust algorithm takes into account the channel uncertainty in advance, And the basic communication requirement of the secondary user can be ensured.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN925

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本文編號：2501990