本文關(guān)鍵詞：認知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作DF中繼的聯(lián)合資源分配策略研究

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【摘要】：在認知無線電(Cognitive Radio, CR)網(wǎng)絡(luò)中,次要用戶可以動態(tài)接入主要用戶的授權(quán)頻譜,從而提高了頻譜效率。CR技術(shù)作為一種解決頻譜資源短缺問題的關(guān)鍵技術(shù),是近期研究者關(guān)注的熱點。以O(shè)FDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)為代表的多載波技術(shù),具有強大的克服多徑干擾能力,在無線通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。在采用協(xié)作中繼的多載波CR系統(tǒng)中,如何有效的利用通信系統(tǒng)的功率、載波等資源,提高資源利用率和系統(tǒng)性能,是資源分配研究關(guān)注的核心。因此,針對多用戶多載波的DF (Decode and Forward, DF)協(xié)作中繼CR通信系統(tǒng),綜合考慮主要系統(tǒng)和次要系統(tǒng)的性能,論文采用凸優(yōu)化理論,建立優(yōu)化問題,研究考慮用戶公平性和保證時延要求的資源分配策略,并進行仿真和分析。論文的主要工作如下：(1)簡要介紹無線通信系統(tǒng)資源分配研究的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),包括博弈論、凸優(yōu)化理論、泰勒近似和蒙特卡羅等方法。(2)在給出CR通信系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,重點關(guān)注次要用戶之間的公平性,以最小化次要系統(tǒng)平均功率的“｀-公平”效用函數(shù)為目標,在滿足主要系統(tǒng)、次要系統(tǒng)的目標速率的條件下,建立優(yōu)化問題。進一步,采用拉格朗日對偶方法,將原問題分解為等價的三個子問題,并利用KKT (Karush-Kuhn-Tucker, KKT)條件進行求解,得到最優(yōu)的次要用戶的功率分配和子載波分配。在此基礎(chǔ)上,采用子梯度迭代算法進行數(shù)值求解和仿真。仿真結(jié)果表明,與固定子載波分配策略和固定功率分配策略相比,提出的最優(yōu)資源分配策略可以使系統(tǒng)獲得更好的能效性和公平性的折中。(3)基于以上物理層的資源分配研究,論文引入有效容量的概念,研究保證上層時延QoS (Quality of Service, QoS)要求的跨層資源分配策略。以最小化次要系統(tǒng)平均功率為目標,在滿足主要系統(tǒng)、次要系統(tǒng)的目標有效容量的條件下,規(guī)劃最優(yōu)化問題。為進一步研究,采用泰勒近似方法,轉(zhuǎn)換為簡化的優(yōu)化問題,并采用拉格朗日對偶方法進行求解。在得到問題最優(yōu)解的的同時,論文還研究將子載波分配給最優(yōu)信道的次優(yōu)方法,降低問題的求解復(fù)雜度。仿真結(jié)果表明,在滿足上層時延QoS要求的前提下,采用提出的聯(lián)合資源分配方案策略,能夠大大地節(jié)約次要系統(tǒng)所消耗的功率。同時,最優(yōu)策略的性能遠好于另外兩種對比策略,而次優(yōu)方案性能僅次于最優(yōu)策略。
【關(guān)鍵詞】：CR網(wǎng)絡(luò) DF中繼 頻譜租借 資源分配 服務(wù)質(zhì)量 統(tǒng)計時延 有效容量 凸優(yōu)化 拉格朗日對偶
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN925
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)簡介13-16
• 1.2.1 CR技術(shù)13-14
• 1.2.2 OFDM技術(shù)14-15
• 1.2.3 協(xié)作中繼技術(shù)15-16
• 1.3 CR網(wǎng)絡(luò)資源分配研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 協(xié)作CR網(wǎng)絡(luò)中公平且能效高的聯(lián)合資源分配研究16-17
• 1.3.2 保證時延QoS要求的協(xié)作CR網(wǎng)絡(luò)資源分配研究17-18
• 1.4 本文的內(nèi)容安排18-21
• 第二章 無線通信系統(tǒng)資源分配策略研究數(shù)學(xué)基礎(chǔ)21-30
• 2.1 通信系統(tǒng)資源分配研究經(jīng)典方法21-27
• 2.1.1 基于博弈論的方法21-23
• 2.1.2 基于凸優(yōu)化理論的方法23-27
• 2.1.3 本節(jié)小結(jié)27
• 2.2 泰勒近似方法27-28
• 2.3 蒙特卡羅法28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 協(xié)作CR網(wǎng)絡(luò)中公平高效的資源分配研究30-49
• 3.1 通信系統(tǒng)模型30-33
• 3.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)30-31
• 3.1.2 系統(tǒng)工作協(xié)議31-33
• 3.2 基于協(xié)作DF中繼的公平聯(lián)合資源分配策略33-42
• 3.2.1 優(yōu)化問題建立33-34
• 3.2.2 優(yōu)化問題求解34-41
• 3.2.3 算法仿真程序?qū)崿F(xiàn)流程41-42
• 3.3 仿真對比資源分配策略42-44
• 3.3.1 固定子載波分配策略42-43
• 3.3.2 常功率分配策略43-44
• 3.4 數(shù)值仿真和分析44-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 協(xié)作CR網(wǎng)絡(luò)中保證時延QoS要求的資源分配研究49-65
• 4.1 基于有效容量的跨層模型49-51
• 4.2 基于統(tǒng)計時延QoS保證的資源分配策略51-58
• 4.2.1 優(yōu)化問題建立51
• 4.2.2 最優(yōu)資源分配策略51-56
• 4.2.3 次優(yōu)資源分配策略56-58
• 4.3 數(shù)值仿真和分析58-64
• 4.3.1 有效容量與QoS指數(shù)θ的關(guān)系59-60
• 4.3.2 三種資源分配策略比較60-62
• 4.3.3 次優(yōu)資源分配策略效果62-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 第五章 總結(jié)與展望65-67
• 參考文獻67-73
• 致謝73-74
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果74-75
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表75

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本文編號：610086