基于Overlay模型的认知无线电频谱分配技术研究

论文摘要

认知无线电技术通过感知频谱空穴，动态分配频谱，从根本上改变了静态分配频谱造成的频谱利用率低下的问题，引起了国内外广泛关注。相应地，频谱分配技术作为认知无线电的核心关键技术之一，成为当前研究热点。目前，认知无线电系统主要有Overlay和Underlay两种频谱共享模型。本文基于Overlay频谱共享模型，重点关注主用户重新到来和非理想感知两种场景对频谱分配算法设计的影响，对认知无线电系统频谱分配技术进行了深入的研究。主要工作包括：1.针对如何更准确的表征认知无线电系统频谱质量的问题，依据主用户占用频谱规律，提出频谱可用性概念，作为衡量认知无线电系统频谱质量的指标，并进一步给出基于频谱可用性的子载波功率分配算法。算法借鉴“Risk-Return”模型，基于各子载波频谱可用性进行注水。仿真结果表明，该算法能取得较优的系统和容量性能，同时验证了频谱可用性指标的有效性。2.针对如何公平有效的分配有限的频谱资源问题，提出一种兼顾公平性的子信道与功率分配算法。算法首先按照认知用户QoS要求，基于频谱可用性进行子信道分配；然后考虑降低算法复杂度，依据各子信道频谱可用性的比例来分配功率。仿真结果表明，该算法在取得较好系统平均吞吐量的同时，保证了分配公平性并降低了运算复杂度。3.针对如何在保护主用户的同时最大化有效吞吐量的子信道分配问题，考虑由于主用户的重新到来而引发的主次用户碰撞，提出一种基于碰撞概率约束的子信道分配算法。该算法通过约束子信道碰撞概率来保护主用户，利用碰撞概率约束估计各子信道可容忍最大传输时长，并结合认知用户请求业务时长作为子信道分配的依据。仿真结果表明，该算法在有效保护主用户的同时，能取得较好的有效吞吐量性能。4.针对非理想感知条件下感知精确性与平均吞吐量折衷问题，提出一种基于优化感知时间的频谱分配算法。算法首先将子信道分配给能获得最大平均吞吐量的认知用户，并利用凸优化相关理论进行最优功率分配，然后通过分析在不同感知时间下获得的系统吞吐量性能，从而判定最优感知时间。仿真结果表明，与传统未考虑非理想感知的算法相比，该算法能获得更好的系统平均吞吐量性能。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 认知无线电技术概述
• 1.2.1 认知无线电概念
• 1.2.2 关键技术简介
• 1.3 认知无线电频谱分配技术研究现状
• 1.3.1 频谱分配技术分类
• 1.3.2 频谱分配技术研究现状
• 1.4 论文主要工作
• 1.5 论文结构安排
• 第二章 基于频谱可用性的子载波功率分配算法设计
• 2.1 引言
• 2.2 频谱可用性建模
• 2.2.1 主用户占用频谱模型
• 2.2.2 频谱可用性
• 2.3 基于频谱可用性的功率分配算法
• 2.3.1 问题引入
• 2.3.2 算法设计
• 2.3.3 性能分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 兼顾公平性的子信道与功率分配算法设计
• 3.1 引言
• 3.2 吞吐量与公平性折衷算法介绍
• 3.3 系统模型与问题引入
• 3.4 兼顾公平性与复杂度的子信道与功率分配算法
• 3.4.1 算法思想
• 3.4.2 兼顾公平性的子信道分配
• 3.4.3 基于频谱可用性比例的功率分配
• 3.4.4 算法流程
• 3.5 算法性能分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于子信道碰撞概率约束的多用户频谱分配算法设计
• 4.1 引言
• 4.2 主次用户碰撞场景分析
• 4.3 系统模型与问题引入
• 4.4 基于子信道碰撞概率约束的子信道分配算法
• 4.4.1 算法思想
• 4.4.2 算法流程
• 4.5 算法性能分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 非理想感知场景下感知时间与频谱分配联合设计
• 5.1 引言
• 5.2 经典频谱感知技术
• 5.3 系统模型与问题引入
• 5.4 基于优化感知时间的频谱分配算法
• 5.4.1 算法思想
• 5.4.2 感知时间搜索
• 5.4.3 子信道与功率分配
• 5.5 算法性能分析
• 5.6 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢