基于ofdma的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源分配算法研究

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1、分類號(hào)：TN929.5單位代碼：10183研究生學(xué)號(hào)：密級(jí)：公開吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文基于OFDMA的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源分配算法研究ResearchonHybridResourceAllocationAlgorithmforOFDMA-basedCognitiveRadioNetworks作者姓名：梁聰專業(yè)：信號(hào)與信息處理研究方向：認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的資源分配指導(dǎo)教師：趙曉暉培養(yǎng)單位：通信工程學(xué)院2016年6月———————————————————————————————基于OFDMA的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合

2、資源分配算法研究———————————————————————————————ResearchonHybridResourceAllocationAlgorithmforOFDMA-basedCognitiveRadioNetworks———————————————————————————————作者姓名：梁聰專業(yè)名稱：信號(hào)與信息處理指導(dǎo)教師：趙曉暉教授學(xué)位類別：工學(xué)碩士答辯日期：2016年6月4日未經(jīng)本論文作者的書面授權(quán)，依法收存和保管本論文書面版本、電子版本的任何單位和個(gè)人，均不得對(duì)本論文的全部

3、或部分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、、修改、發(fā)行、出租改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)碩±學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中己經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中明瑜方式標(biāo)明本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名；曰期

4、：如年６月曰基于OFDMA的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源分配算法研究摘要無(wú)線電資源日益緊張，但據(jù)調(diào)查顯示，傳統(tǒng)資源分配算法的頻譜利用率很低。為解決無(wú)線電資源緊缺的問題，認(rèn)知無(wú)線電這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。認(rèn)知無(wú)線電（CognitiveRadio，CR）網(wǎng)絡(luò)通過感知頻譜空穴，未授權(quán)用戶（次用戶，SecondUser，SU）利用授權(quán)用戶（主用戶，PrimaryUser，PU）占用的頻譜資源來(lái)傳輸信息，在次用戶傳輸信息的過程中需要根據(jù)傳輸環(huán)境來(lái)自適應(yīng)調(diào)整一些傳輸參數(shù)，如傳輸速率、傳輸功率和帶寬等。在這一過程中，次用戶對(duì)

5、主用戶產(chǎn)生的干擾是影響認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的主要因素。正交頻分復(fù)用系統(tǒng)（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）能夠靈活地動(dòng)態(tài)分配子載波給多個(gè)用戶，并且相鄰子載波間的干擾較低。因此，它在認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的使用。在實(shí)際的OFDM系統(tǒng)中，由于傳輸信號(hào)不完全正交，使得主用戶和次用戶間存在相互干擾。而傳統(tǒng)的資源分配算法可能會(huì)對(duì)主用戶產(chǎn)生過高的干擾。在傳統(tǒng)的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，通常以填充或襯底的方式為次用戶分配頻譜。填充式即認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)感知頻譜空穴，次

6、用戶利用沒有被主用戶占用的頻譜進(jìn)行傳輸，并在一定的總功率和干擾上限的約束下最大化傳輸速率。而認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)以襯底方式分配資源時(shí)，只要次用戶對(duì)主用戶的干擾在一定閾值內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)就允許次用戶與主用戶一起共享該頻譜。由于單獨(dú)的填充式或襯底式的資源分配算法不能夠充分利用頻譜資源，因此有些學(xué)者提出了填充和襯底聯(lián)合的頻譜接入方式。在以往的聯(lián)合資源分配算法中，只考慮填充這種方式的子載波所產(chǎn)生的干擾，未考慮以襯底方式分配子載波所產(chǎn)生的干擾，且在次用戶網(wǎng)絡(luò)中，沒有考慮感知錯(cuò)誤對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的影響。子載波分配是資源分配的第一步，一些

7、子載波分配算法只是根據(jù)次用戶發(fā)射機(jī)到次用戶接收機(jī)的信道增益來(lái)為次用戶分配子載波，還有一些算法即考慮信道增益又考慮傳輸速率。但在這些子載波分配算法中，都忽略了次用戶的初始功率分配對(duì)子載波分配的影響。目前，針對(duì)聯(lián)合資源分配算法的研究都假設(shè)信道增益已知，但在實(shí)際的通信場(chǎng)景中，信道不確定性會(huì)對(duì)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。本文中以填充和襯底聯(lián)合的形式為多個(gè)次用戶分配資源，首先提出一子載波分配算法，在子載波分配過程中，采用子載波分配度量因子。此度量因子與信道情況、子載波干擾、子載波功率有關(guān)。根據(jù)計(jì)算度量因子的數(shù)

8、值，將信道情況好，且對(duì)其它子載波產(chǎn)生干擾小的子載波優(yōu)先分配給次用戶，這種分配方式更加公平，可使每個(gè)次用戶傳輸速率基本一致。在最優(yōu)功率分配過程中，利用了拉格朗日乘子和KKT條件來(lái)I計(jì)算功率，最大化傳輸速率，并控制總干擾和總功率在一定閾值內(nèi)，同時(shí)考慮了感知錯(cuò)誤對(duì)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的影響。最后，我們基于Worst-case方法，對(duì)次用戶和主用戶間的信道不確定性進(jìn)行魯棒性分析，并利用拉格朗日對(duì)偶法來(lái)求解最優(yōu)功率值。仿真結(jié)果表明，在相同條件下，文中提出的