基于OFDMA的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源分配和中繼選擇研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)各種高速率數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的支持，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)已成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?。迅速發(fā)展的無(wú)線通信技術(shù)對(duì)頻譜帶寬需求旺盛，有限頻譜資源即將耗盡，留給新無(wú)線產(chǎn)品可用的頻段幾乎沒(méi)有。雖然過(guò)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(huì)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，已分配頻段在很多地方大部分時(shí)間都沒(méi)有被利用。近年來(lái)涌現(xiàn)的無(wú)線服務(wù)和產(chǎn)品迫切需要接入稀缺的頻譜資源。認(rèn)知無(wú)線電是一種可能解決頻譜擁堵問(wèn)題的有效手段，它能夠利用授權(quán)用戶的頻段，在授權(quán)頻段空閑時(shí)

2、傳輸次（認(rèn)知）用戶數(shù)據(jù)，有效提高頻譜利用率。
　　認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)分配空閑信道，靈活滿足不同用戶服務(wù)質(zhì)量需求。基于正交頻分復(fù)用接入（OFDMA）的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有明顯優(yōu)勢(shì)，它分析主用戶頻譜占用情況方法簡(jiǎn)單，具有動(dòng)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(jī)，OFDMA必將成為認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)的空中接口。主系統(tǒng)出租一些子信道給認(rèn)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(jī)會(huì)都提高，達(dá)到雙

3、贏結(jié)果，主次用戶協(xié)作的認(rèn)知系統(tǒng)被稱為協(xié)作認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。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(jìn)一步深入研究。本文對(duì)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和協(xié)作通信系統(tǒng)資源分配技術(shù)進(jìn)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(fù)用接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)多用戶服務(wù)質(zhì)量要求，提出了低復(fù)雜度動(dòng)態(tài)資源分配算法。首先假設(shè)各個(gè)用戶發(fā)射功率相同，按比例分配子載波。然后按照每個(gè)用戶最小速率需求，確定各個(gè)用戶最小發(fā)射功率。最后根據(jù)總功率

4、大小以及用戶所需最小發(fā)射功率，最大化整個(gè)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(jié)果驗(yàn)證了理論的正確性，算法能夠快速進(jìn)行子載波分配和功率控制，滿足無(wú)線通信實(shí)時(shí)要求。
　　2.對(duì)協(xié)作認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率和能量效率均衡進(jìn)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(quán)網(wǎng)絡(luò)能量效率為目標(biāo)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(guò)仿真驗(yàn)證了理論的正確性，提出的算法能夠自適應(yīng)

5、分配協(xié)作認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源。
　　3.對(duì)多用戶OFDMA協(xié)作認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)低能耗資源分配方案進(jìn)行了探討。降低能量消耗是協(xié)作認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)之一，我們提出了加權(quán)功率和最小算法，子載波按照高可靠性原則進(jìn)行分配。滿足用戶最小數(shù)據(jù)傳輸速率要求，通過(guò)拉格朗日對(duì)偶分解法，合理分配子載波和發(fā)射功率，仿真驗(yàn)證了該方法能夠以較低復(fù)雜度分配主次用戶資源。算法能夠控制風(fēng)險(xiǎn)，最小化加權(quán)發(fā)射功率。
　　4.研究了協(xié)作認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源分配問(wèn)題，考慮主用戶

6、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(jī)會(huì)。以上過(guò)程采用 Stackelberg博弈描述，主用戶作為領(lǐng)導(dǎo)者對(duì)時(shí)隙進(jìn)行劃分，清楚次用戶協(xié)作策略。次用戶根據(jù)時(shí)隙劃分，在相應(yīng)時(shí)段傳輸自己的數(shù)據(jù)，計(jì)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(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜接入。數(shù)字仿真結(jié)果表明：主用戶通過(guò)次用戶協(xié)作，能夠減少能量消耗。
　　5.研究了信道估計(jì)對(duì)協(xié)作無(wú)線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)資源分配影響，考慮