【摘要】：隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展以及無線業(yè)務(wù)量的快速增長,使10GHz以下可供分配的無線頻譜日漸稀缺,但同時業(yè)務(wù)和用戶的不均衡分布,使得頻譜利用率較低。認知無線電技術(shù)允許認知用戶通過對授權(quán)頻譜的動態(tài)接入,在不影響主用戶通信質(zhì)量的前提下,有效提高頻譜利用效率,滿足認知用戶的QoS要求。本文圍繞相關(guān)應(yīng)用場景,針對認知無線網(wǎng)絡(luò)的能量效率和頻譜效率等系統(tǒng)性能優(yōu)化問題、以及信道切換鎖相環(huán)環(huán)路參數(shù)的評估技術(shù)等展開深入研究,提出了具有獨創(chuàng)性的解決方案,并通過理論分析和仿真實驗對相關(guān)算法進行了驗證。論文對本研究工作的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點總結(jié)如下:第一,在Underlay模式下的射頻能量采集認知無線網(wǎng)絡(luò)中,為保證不同優(yōu)先級業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量,以認知用戶的能量效率最大化為目標,創(chuàng)新性地提出一種基于能量采集時間和發(fā)射功率聯(lián)合優(yōu)化算法。首先,基于CR用戶先采集后傳輸?shù)墓ぷ鞣绞郊胺⻊?wù)質(zhì)量等條件對系統(tǒng)EE進行建模,利用坐標上升法將該問題分解為關(guān)于收集時間和發(fā)射功率的兩個子問題,采用Charnes-Cooper轉(zhuǎn)換法將問題近似為等效凸問題。研究了適用于本場景的時間和功率的聯(lián)合優(yōu)化算法,最后對算法收斂性進行了理論證明;其次,針對每時隙剩余能量管理和信道小尺度衰落等假設(shè),建立RF能量采集認知無線網(wǎng)絡(luò)EE優(yōu)化問題模型,基于Dinkelbach方法進行優(yōu)化問題的等效轉(zhuǎn)換,并通過Lambert W函數(shù)方法和次梯度方法進行了時間和功率聯(lián)合優(yōu)化算法設(shè)計,得到系統(tǒng)資源分配最優(yōu)條件;第二,在Interweaver模式下的認知無線自組織網(wǎng)絡(luò)中,為了最大化程度地提高次用戶網(wǎng)絡(luò)的容量性能,基于超模博弈理論對次用戶網(wǎng)絡(luò)容量性能優(yōu)化問題進行了研究,提出了一種獨創(chuàng)性的分布式干擾補償和功率分配算法。首先,基于頻譜感知和數(shù)據(jù)傳輸對認知無線自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量優(yōu)化化問題進行建模,轉(zhuǎn)化為等效博弈模型,利用KKT條件引入新的價格因子以描述用戶間干擾代價;然后,在不同SINR條件下,研究了等效博弈模型滿足超模博弈性質(zhì)的條件。最后,基于Gradient Play方法實現(xiàn)了本系統(tǒng)下的分布式功率分配算法設(shè)計,通過仿真實驗驗證了網(wǎng)絡(luò)容量和算法收斂性能;第三,在基于認知無線電的遙測網(wǎng)絡(luò)場景中,為了對影響次用戶信道切換和接收解調(diào)性能的鎖相環(huán)環(huán)路參數(shù)進行評估,創(chuàng)新性地提出一種針對鎖相環(huán)環(huán)路帶寬和增益的實時測量技術(shù)。首先,基于香農(nóng)容量公式對網(wǎng)絡(luò)性能的影響因素進行了討論,分析了鎖相環(huán)環(huán)路帶寬對用戶信道切換和信號接收載波同步的影響效果。然后在此基礎(chǔ)上提出一種穩(wěn)健的參數(shù)實時測量技術(shù),可在閉環(huán)狀態(tài)下對鎖相環(huán)環(huán)路帶寬和增益等環(huán)路參數(shù)進行實時測量。通過真實系統(tǒng)和仿真實驗,驗證了理論分析和實驗結(jié)果的一致性,為PLL控制環(huán)路性能評估提供了有效解決方案。
【圖文】：

近幾十年間，無線通信系統(tǒng)得到空前發(fā)展，通過與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，逐步應(yīng)用到逡逑眾多領(lǐng)域中（如民用、軍事、救災(zāi)和野外作業(yè)等），使人們的生活方式發(fā)生了巨大變化。逡逑同時，也促使了移動終端規(guī)模和高速率無線業(yè)務(wù)數(shù)量爆炸式的增長，如圖１．１。這些變化逡逑對頻譜資源提出了越來越高的要求，直接造成頻譜分配的ｎ漸飽和，頻譜資源也越來越逡逑稀缺。然而，由于通信用戶和業(yè)務(wù)分布的不均衡性，使得靜態(tài)方式分配的大部分授權(quán)頻逡逑譜的利用率（Ｓｐｅｔｒｕｍ邋Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）普遍較低［１’２］。這里，頻譜利用率表示為每個用戶所逡逑占帶寬、所用時間和所在空間位置相乘的結(jié)果，即＝邐（５－頻譜帶寬，ｒ－時間，逡逑空間位置），，即將頻譜用頻率、時間和空間維度進行度量。逡逑設(shè)備數(shù)：１０億邐Ｅｘａｂｙｔｅｓ／月逡逑■Ｉ邋ＰＣ和其它移動設(shè)備邐１１其它移動設(shè)備逡逑Ｉ邋ｉ非智能機手機平板邐９０邐Ｉ邋１智能手機逡逑１６邐｜｜Ｍ２Ｍ邐ｇｏ逡逑＇ＺＴｎ邋ｔ邋ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋ＩＩ邋Ｍ邋：：邐■邋■逡逑２０１７邐２０１８邐２０１９邐２０２０邐２０２１邐２０２２邐２０１７邐２０１８邐２０１９邐２０２０邐２０２１邐２０２２逡逑圖１．１邋ＣＩＳＣＯ關(guān)于無線終端設(shè)備和全球無線數(shù)據(jù)暈；的預(yù)測逡逑因此，頻譜資源稀缺與頻譜利用率低成為一對迫切需要解決的矛盾，為了緩和這種逡逑資源利用矛盾、滿足用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ

設(shè)施進行協(xié)調(diào)，如基于ＣＲ技術(shù)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)；ｂ）分布式。基于ＣＲ的分布式網(wǎng)絡(luò)（ＣＲ邋Ａｄ邋Ｈｏｃ逡逑Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，邋ＣＲＡＨＮ）是由多個ＣＲ設(shè)備以無中心方式形成的自組織網(wǎng)絡(luò)，可具備智能規(guī)逡逑劃、動態(tài)架構(gòu)、多跳傳輸?shù)忍攸c，并可由多個功能共存的子網(wǎng)組成，如圖１．２。這些ＣＲＮ逡逑系統(tǒng)架構(gòu)均具有廣泛應(yīng)用價值，支持多用戶在臨時場景下快速組成分布式移動網(wǎng)絡(luò)。逡逑ＣＲＮ系統(tǒng)可在不改造已有多用戶網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加ＣＲ用戶進行實現(xiàn)，對用戶業(yè)務(wù)需求逡逑和無線通信環(huán)境均有較好的適應(yīng)性，可在多種應(yīng)用場景中有效緩解頻譜資源稀缺和頻譜逡逑利用率低這一已知矛盾［３’４］。逡逑ｈ，邋－邋Ｖ＼邋幻丨邋ｇｌｕ逡逑

本文編號：2651859