基于OFDM认知无线电系统功率分配算法研究

论文摘要

当前,频谱资源的相对“短缺”与“浪费”现象,使得频谱资源相对其需求量出现严重不足,成为制约未来无线通信网络发展的瓶颈性问题。怎样才能使无线频谱资源利用率得到最大限度地提高成为亟待解决的问题。认知无线电技术正是为解决这一问题而提出的,它是能够感知外部无线电磁环境,并能从环境中进行学习,根据环境变化动态地调整其内部工作状态的智能无线电技术。认知无线电技术改变了传统的由政府授权使用无线电频谱的接入方式。作为下一代无线通信领域能够动态利用频谱资源的核心技术,认知无线电技术已受到越来越多通信领域学者的关注,并被预言为未来最热门无线技术。虽然认知无线电技术能采用更为灵活的方式来管理有限的频谱资源,大大提高了频谱利用率,但要真正将其应用于实际通信系统,许多关键技术还需突破。OFDM技术是无线环境下的一种高速多载波传输技术,具有较强抗频率选择性衰落或窄带干扰能力,可以通过频谱的组合和裁剪实现频谱资源的充分利用,适合在多径传播的无线移动通信中传输高速数据,是目前公认的易于实现频谱资源控制的传输技术。OFDM技术与认知无线电技术的结合,可以优势互补,相得益彰,构成频率捷变的传输系统。因此,研究基于OFDM认知无线电系统具有着非常重要的理论意义与现实价值。在基于OFDM的认知无线电系统中,功率分配传输模型一般有两种,一种是基于频谱衬垫(underlay)的频谱共享接入传输模型,另一种是基于频谱填充(overlay)的机会频谱接入传输模型。本文分别从这两种模型着手探讨最优功率分配问题。主要内容如下：(1)从传统OFDM系统中注水功率分配着手,分析探讨了注水功率分配的基本原理,并对实际中OFDM系统的离散注水功率分配进行了仿真分析。(2)在基于overlay的机会频谱接入传输模型中,提出一种在主、次用户所在子信道间合理设置保护带条件下应用迭代分块注水算法的改进的功率分配方法,在实现了次用户的信道容量的最大化,同时也降低了子载波功率泄漏的干扰,从而优化了系统的功率分配且实现了提高了频谱利用效率的目的。(3)在基于underlay的频谱共享接入传输模型下,提出一种改进的主用户传输率损失约束标准并对该标准下以及对主用户混合保护约束标准下的最优功率分配问题进行了仿真分析,在保证主用户服务质量良好情况下,实现次用户系统的信道容量最大化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 课题的研究状况及主要任务
• 1.3 本论文的研究内容及章节安排
• 2 OFDM系统原理
• 2.1 OFDM系统原理
• 2.1.1 OFDM基本原理
• 2.1.2 保护间隔和循环前缀
• 2.2 OFDM技术与认知无线电技术的结合
• 2.2.1 OFDM技术在认知无线电中应用的可行性
• 2.2.2 NC-OFDM系统的基本原理
• 2.2.3 NC-OFDM系统的挑战
• 2.3 本章小结
• 3 基于机会频谱接入模型下的功率分配
• 3.1 认知无线电系统模型
• 3.1.1 系统模型
• 3.1.2 传统的OFDM系统注水功率分配
• 3.2 迭代分块注水算法
• 3.2.1 系统模型
• 3.2.2 迭代分块注水分配算法
• 3.2.3 仿真结果与分析
• 3.3 基于机会频谱接入模型下的功率分配
• 3.3.1 系统模型
• 3.3.2 改进功率分配算法
• 3.3.3 仿真结果与分析
• 3.4 本章小结
• 4 基于主用户传输率损失约束的功率分配算法
• 4.1 基于主用户传输中断概率约束的功率分配
• 4.1.1 系统模型
• 4.1.2 主用户中断概率约束下的功率分配
• 4.1.3 仿真结果与分析
• 4.2 主用户传输率损失约束下的功率分配
• 4.2.1 系统模型
• 4.2.2 主用户传输率损失约束标准下功率分配算法
• 4.2.3 仿真结果与分析
• 4.3 主用户混合保护条件下的功率分配
• 4.3.1 系统模型
• 4.3.2 仿真结果与分析
• 4.4 本章小结
• 5 结束语
• 参考文献
• 个人简历、发表的论文
• 致谢