【摘要】：隨著無線通信系統(tǒng)對各種高速率數(shù)據(jù)傳輸應用的支持,無線網(wǎng)絡已成為我們日常生活的一部分。迅速發(fā)展的無線通信技術對頻譜帶寬需求旺盛,有限頻譜資源即將耗盡,留給新無線產品可用的頻段幾乎沒有。雖然過去靜態(tài)頻譜分配方案能夠有效工作,但根據(jù)聯(lián)邦通信委員會的觀測數(shù)據(jù),已分配頻段在很多地方大部分時間都沒有被利用。近年來涌現(xiàn)的無線服務和產品迫切需要接入稀缺的頻譜資源。認知無線電是一種可能解決頻譜擁堵問題的有效手段,它能夠利用授權用戶的頻段,在授權頻段空閑時傳輸次(認知)用戶數(shù)據(jù),有效提高頻譜利用率。認知無線網(wǎng)絡動態(tài)分配空閑信道,靈活滿足不同用戶服務質量需求�；谡活l分復用接入(OFDMA)的認知無線網(wǎng)絡具有明顯優(yōu)勢,它分析主用戶頻譜占用情況方法簡單,具有動態(tài)分配資源的能力,充分利用任何空閑子信道,緩解資源短缺危機,OFDMA必將成為認知無線電系統(tǒng)的空中接口。主系統(tǒng)出租一些子信道給認知系統(tǒng),次用戶作為中繼協(xié)作主用戶傳送數(shù)據(jù)。主用戶的能量效率和次用戶的頻譜接入機會都提高,達到雙贏結果,主次用戶協(xié)作的認知系統(tǒng)被稱為協(xié)作認知無線網(wǎng)絡。然而主次用戶如何共存面臨一些挑戰(zhàn),諸如公平性、安全威脅和穩(wěn)健性等需要進一步深入研究。本文對認知無線網(wǎng)絡和協(xié)作通信系統(tǒng)資源分配技術進行了深入研究,所取得的主要研究成果為:1.為了滿足正交頻分復用接入無線網(wǎng)絡多用戶服務質量要求,提出了低復雜度動態(tài)資源分配算法。首先假設各個用戶發(fā)射功率相同,按比例分配子載波。然后按照每個用戶最小速率需求,確定各個用戶最小發(fā)射功率。最后根據(jù)總功率大小以及用戶所需最小發(fā)射功率,最大化整個系統(tǒng)容量。分析表明該方法可以得到接近最優(yōu)的發(fā)射功率,仿真結果驗證了理論的正確性,算法能夠快速進行子載波分配和功率控制,滿足無線通信實時要求。2.對協(xié)作認知無線網(wǎng)絡的頻譜效率和能量效率均衡進行了研究,提出了聯(lián)合功率和子載波分配的方案。以最大化授權網(wǎng)絡能量效率為目標分配資源,保證主次用戶的最小速率要求。分析得到了最優(yōu)發(fā)射功率和子載波分配方式,通過仿真驗證了理論的正確性,提出的算法能夠自適應分配協(xié)作認知無線網(wǎng)絡資源。3.對多用戶OFDMA協(xié)作認知無線網(wǎng)絡低能耗資源分配方案進行了探討。降低能量消耗是協(xié)作認知網(wǎng)絡的主要目標之一,我們提出了加權功率和最小算法,子載波按照高可靠性原則進行分配。滿足用戶最小數(shù)據(jù)傳輸速率要求,通過拉格朗日對偶分解法,合理分配子載波和發(fā)射功率,仿真驗證了該方法能夠以較低復雜度分配主次用戶資源。算法能夠控制風險,最小化加權發(fā)射功率。4.研究了協(xié)作認知無線網(wǎng)絡資源分配問題,考慮主用戶能量效率和次用戶頻譜效率。被選中次用戶作為主用戶協(xié)作中繼,前傳主用戶數(shù)據(jù),并獲得頻譜接入機會。以上過程采用Stackelberg博弈描述,主用戶作為領導者對時隙進行劃分,清楚次用戶協(xié)作策略。次用戶根據(jù)時隙劃分,在相應時段傳輸自己的數(shù)據(jù),計算最優(yōu)發(fā)射功率。以上資源分配方案可以控制主次用戶發(fā)射功率、實現(xiàn)動態(tài)頻譜接入。數(shù)字仿真結果表明:主用戶通過次用戶協(xié)作,能夠減少能量消耗。5.研究了信道估計對協(xié)作無線網(wǎng)絡動態(tài)資源分配影響,考慮到資源分配方案實現(xiàn)過程的實際問題,發(fā)送端往往只擁有非理想信道狀態(tài)信息。采用導頻MMSE信道估計算法估算信道狀態(tài)信息,合理劃分導頻子載波和數(shù)據(jù)子載波的功率,最大化系統(tǒng)容量。多用戶的子載波分配是一個NP難問題,把原問題轉換為對偶問題,經過二次分解,變成多個子問題,并采用次梯度法搜索對偶變量,得到解的表達式。通過數(shù)字仿真驗證了理論分析的正確性,算法在非理想信道狀態(tài)信息條件下,可以提高系統(tǒng)性能。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.53

【參考文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 劉英挺;無線區(qū)域網(wǎng)中資源分配策略研究[D];西安電子科技大學;2012年

，

本文編號：2554665