基于感知的認(rèn)知無(wú)線電頻譜共享接入資源分配研究.pdf

1、認(rèn)知無(wú)線電基于感知的頻譜共享接入能夠根據(jù)頻譜感知結(jié)果靈活分配傳輸功率，從而有效提高授權(quán)頻譜利用率，是認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。這種接入方式既能嚴(yán)格限制功率傳輸以減小對(duì)主用戶干擾，又能合理使用授權(quán)頻段資源以提高認(rèn)知鏈路的傳輸性能。但是基于感知的頻譜共享接入存在許多有待解決的技術(shù)難題，例如非完美感知下如何保護(hù)主用戶通信質(zhì)量、如何消除多認(rèn)知用戶之間傳輸干擾、如何處理多認(rèn)知用戶使用授權(quán)頻段的競(jìng)爭(zhēng)沖突、如何基于主用戶活躍性設(shè)計(jì)認(rèn)知接入功率

2、等。針對(duì)以上問(wèn)題，本論文以認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)基于感知的頻譜共享模型為研究對(duì)象，運(yùn)用正交頻分復(fù)用（OFDM）、多輸入多輸出（MIMO）、自適應(yīng)功率傳輸技術(shù)，結(jié)合博弈論思想，以凸優(yōu)化理論為數(shù)學(xué)手段，逐步展開(kāi)了對(duì)認(rèn)知用戶頻譜感知時(shí)間，多功率分配的聯(lián)合優(yōu)化算法研究。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、裴槍?duì)非完美感知下保護(hù)主用戶通信質(zhì)量的問(wèn)題，不同于以往研究中只是采用了傳統(tǒng)的干擾功率限制策略，本論文從直接保護(hù)主用戶角度出發(fā)，在OFDM認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)基于

3、感知頻譜共享模型中提出了基于感知的速率損失限制策略。在基于感知速率損失限制條件下，以吞吐量最大化為優(yōu)化目標(biāo)，研究感知時(shí)間和傳輸功率的資源分配優(yōu)化分配策略。理論分析出該問(wèn)題為非凸優(yōu)化問(wèn)題，但是通過(guò)理論證明該問(wèn)題滿足時(shí)間共享?xiàng)l件，可以將其轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問(wèn)題獲得最優(yōu)傳輸功率。由于最優(yōu)的傳輸功率為非閉合解，需要采用二分搜索法搜索最優(yōu)值，為了降低運(yùn)算復(fù)雜度，從理論上分析了傳輸功率的最小存在區(qū)間。本論文進(jìn)一步理論推導(dǎo)出主用戶能夠承受的最大的速率損失必

4、然存在一個(gè)關(guān)于干擾功率限制門限值的上界函數(shù)。最后通過(guò)理論與仿真分析進(jìn)一步驗(yàn)證相對(duì)于傳統(tǒng)干擾功率限制，速率損失限制能夠更直接、有效保護(hù)主用戶通信質(zhì)量并且使認(rèn)知用戶獲得更大的吞吐量。
　?、漆槍?duì)多認(rèn)知用戶之間傳輸干擾的問(wèn)題，本論文將MIMO技術(shù)應(yīng)用于非完美感知認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)，采用預(yù)編碼技術(shù)消除下行鏈路多認(rèn)知用戶接收端的干擾。不同于以往MIMO認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)只是采用能量檢測(cè)結(jié)果簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)融合進(jìn)行頻譜感知，本文首先使用多天線觀測(cè)矩陣的概率密

5、度函數(shù)的對(duì)數(shù)似然比進(jìn)行多天線感知；然后，為了消除了下行鏈路多個(gè)認(rèn)知用戶數(shù)據(jù)傳輸之間的干擾，認(rèn)知基站運(yùn)用MIMO預(yù)編碼—臟紙編碼技術(shù)；最后，在基于感知的頻譜共享模型中，設(shè)計(jì)了能效最大化時(shí)傳輸功率限制和干擾功率限制下資源分配的聯(lián)合優(yōu)化算法。由于能效最大化問(wèn)題為非線性分式優(yōu)化問(wèn)題，通過(guò)理論推導(dǎo)將其等效為線性非分式的參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)于優(yōu)化的參數(shù)需要采用一維搜索法獲得，進(jìn)而得到等效最優(yōu)資源分配。為了降低運(yùn)算復(fù)雜度，理論推導(dǎo)出等效優(yōu)化問(wèn)題中參數(shù)存在

6、最小搜索區(qū)間。本論文通過(guò)仿真分析得出對(duì)于固定干擾功率門限值，相對(duì)于機(jī)會(huì)接入和頻譜共享模型，基于感知頻譜共享模型下認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)能獲得更大的能效值。
　?、轻槍?duì)多認(rèn)知用戶使用授權(quán)頻段的競(jìng)爭(zhēng)沖突的問(wèn)題，本文將Stackelberg博弈應(yīng)用于認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)基于感知的頻譜共享模型中，并且研究將主用戶獲得最大收益以及認(rèn)知用戶獲得最大傳輸效益時(shí)主用戶干擾價(jià)格和認(rèn)知用戶資源分配的聯(lián)合優(yōu)化算法。在該博弈模型下，以認(rèn)知用戶對(duì)于主用戶的允許干擾功率為

7、博弈對(duì)象，主用戶根據(jù)不同認(rèn)知用戶的干擾功率給定不同的干擾價(jià)格，認(rèn)知用戶根據(jù)干擾價(jià)格設(shè)定傳輸效益，從而對(duì)主用戶收益與認(rèn)知用戶傳輸效益的納什均衡進(jìn)行理論分析。本論文進(jìn)一步理論分析了給定不同干擾功率限制門限，主用戶干擾價(jià)格的變化情況。最后，通過(guò)仿真分析得出干擾功率價(jià)格隨著每個(gè)認(rèn)知用戶信道狀況變差而增大，隨著干擾功率門限值增大而減小。
　?、柔槍?duì)基于主用戶活躍性設(shè)計(jì)認(rèn)知用戶接入功率的問(wèn)題，本論文在主用戶活躍性較高或者認(rèn)知用戶傳輸幀長(zhǎng)較大情