認知中繼網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化功率分配研究

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1、學校代碼10530學號201330111785分類號TU714；TP242密級碩士學位論文認知中繼網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化功率分配研究學位申請人彭海霞指導教師王仕果副教授學院名稱信息工程學院學科專業(yè)電子與通信工程研究方向認知無線電二〇一六年五月二十八日ResearchonOptimalPowerAllocationinCognitiveRelayNetworkCandidatePengHaixiaSupervisorWangShiguo(AssociateProfessor)CollegeCollegeofInformationEngineeringProgramElectronicsandCom

2、municationEngineeringSpecializationCognitiveRadioDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDate2016-5湘潭大學學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加Ｗ標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：漸焉日期：知Ｓ月巧日豪學位論

3、文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部口或機構(gòu)送交論文的復印件和電子板，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湘潭大學可＾文將本學位論文的全記或前分內(nèi)容萬入有關(guān)數(shù)據(jù)庫、＝進行檢索，可１＾采用影印縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論義涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名；日期：兩／復月７＾＾日｜＾導師簽名：曰期：心知６月么曰Ｍ巧摘要隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不斷多樣化和寬帶化，頻譜資源變得越來越擁擠。目前所采用的傳統(tǒng)靜態(tài)頻譜分配方案，使得頻譜利用率不高，很多頻譜資源被閑置或未被充分利用。認

4、知無線電技術(shù)具有自主尋找和使用空閑頻譜資源的能力，有望解決頻譜資源緊缺和頻譜低利用率之間的矛盾。在認知無線電網(wǎng)絡(luò)中，認知用戶通過感知閑置的已授權(quán)頻段，在不對授權(quán)用戶造成破壞性干擾的前提下借用授權(quán)頻段，能極大提高頻譜利用率。另一方面，通過中繼協(xié)作，能夠?qū)㈤L距離路徑分成多個短距離。在保證點到點通信質(zhì)量不變的情況下，能減小信號的發(fā)射功率，從而降低用戶之間的信號干擾。因此，將中繼協(xié)作與認知無線電技術(shù)相結(jié)合，不僅能進一步提高頻譜的利用率，而且能降低通信系統(tǒng)的功率消耗，以達到提高通信系統(tǒng)容量和綠色寬帶通信的目的。本文以認知中繼網(wǎng)絡(luò)為研究背景，對系統(tǒng)中的最優(yōu)化功率分配問題進行探討，主要完成以下工作：

5、（1）針對單用戶單中繼認知網(wǎng)絡(luò)，以中斷概率最小化為優(yōu)化目標，提出了一種最優(yōu)化功率分配算法。該算法在保證授權(quán)用戶的通信質(zhì)量，且滿足認知用戶和認知中繼自身發(fā)射功率的受限條件下，對認知中繼系統(tǒng)進行功率分配以實現(xiàn)中斷概率最小化的優(yōu)化目標。首先，在認知用戶的發(fā)射功率一定的條件下，使用KKT條件得到系統(tǒng)初步功率分配。然后，采用雙向迭代搜索算法對初步功率分配進行調(diào)整達到對授權(quán)用戶通信質(zhì)量的保護，從而獲得系統(tǒng)功率的最優(yōu)分配。（2）針對多用戶單中繼的認知網(wǎng)絡(luò)，以系統(tǒng)總功率最小化為優(yōu)化目標，提出了一種最優(yōu)化功率分配算法。該算法基于功率最小化等同于能效最大化原理，通過求取系統(tǒng)的最大能效從而實現(xiàn)系統(tǒng)最小功率的

6、優(yōu)化目標。首先，通過比較認知源節(jié)點與認知中繼、認知中繼和認知目的節(jié)點之間的信道增益后，將認知系統(tǒng)分成兩部分。然后，分別對這兩部分進行求解。一部分通過賦予認知用戶最大允許功率獲得其最大能效，另一部分的系統(tǒng)功率最小化問題轉(zhuǎn)換為通過KKT條件進行求解的認知源節(jié)點總功率最小化問題，從而獲得系統(tǒng)功率的最優(yōu)分配。（3）對上述所提算法進行數(shù)值仿真和性能評估。仿真結(jié)果驗證了方案的正確性和有效性。關(guān)鍵詞：認知中繼網(wǎng)絡(luò)；功率分配；中斷概率；KKT條件；總功率最小化IAbstractWiththerapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnology,thegro

7、wingdiversityofwirelessdataservicesandbroadband,existingspectrumresourcesbecomemoreandmorecrowded.However,spectrumefficiencyisnothighbecauseofconventionalstaticspectrumallocation,alotofspectrumresourcesareidle.Cognitiveradio