认知无线电多小区间频谱分配算法研究

论文摘要

认知无线电技术的提出能够从根本上解决频谱不足的问题。通过检测授权用户的频谱使用情况,自适应地调整通信参数,认知用户择机地选择空闲频谱进行通信能够提高频谱利用率。由于工作方式和可用频谱与传统的无线通信系统有很大差异,认知无线电的频谱分配面临巨大的挑战,如何高效地利用动态变化的频谱资源,为认知用户提供可靠的通信服务,是需要研究解决的重要问题。目前认知无线电技术主要工作于两种频谱,分别是授权系统的空闲频谱和非授权频谱,认知系统的行为在不同的工作频谱上将有很大差别。其中,对授权系统空闲频谱的择机利用需要保护授权用户的通信,是现有研究的难点和重点。本文首先介绍了认知无线电的三大定义,国内外认知无线电系统的研究情况与认知无线电相关标准的制定情况。围绕认知无线电的多小区间频谱分配问题,本文详细地介绍了认知无线电的频谱共享模型,认知无线电的系统模型,并对认知无线电频谱分配的常见模型进行了介绍,上述模型是多小区间频谱分配研究的基础和参考。随后,本文深入地研究了认知系统择机利用授权系统空闲频谱方式下的多小区间频谱分配问题。通过介绍基于图论着色模型的频谱分配算法,在分析算法不足的基础上,本文结合干扰温度模型提出了频谱质量分级概念,以更好地表示频谱的差异性,并提出了基于需求的多小区频谱分配算法,将图论着色模型用于多小区频谱分配,根据各小区的业务需求分配能够保证QoS的频谱,提高对各小区业务需求的满足和频谱分配的效率。通过分析图论着色模型的不足,本文基于干扰温度模型进一步研究了认知无线电多小区间联合功率控制的频谱分配算法。在深入研究基于干扰温度模型的多小区频谱分配现有算法——两阶段资源分配算法和基于动态干扰图的信道分配结合功率控制算法基础上,本文提出了先进两阶段资源分配算法,充分利用分配给小区的功率提高认知系统获得的效用。针对频谱分配公平性较低的不足,本文提出了先进公平性的频谱分配策略并对算法进行了改进以提高频谱分配的公平性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 认知无线电的定义
• 1.2.1 Joseph Mitola Ⅲ博士对认知无线电的定义
• 1.2.2 FCC对认知无线电的定义
• 1.2.3 Simon Haykin教授对认知无线电的定义
• 1.3 认知无线电的研究现状
• 1.3.1 认知无线电系统的研究现状
• 1.3.2 认知无线电相关标准的制定情况
• 1.4 本文的研究意义
• 1.5 本文的主要贡献和内容安排
• 第二章 认知无线电系统频谱分配研究模型
• 2.1 引言
• 2.2 认知无线电的频谱共享模型
• 2.3 认知无线电系统模型
• 2.3.1 小区内频谱分配
• 2.3.2 多小区间频谱分配
• 2.4 认知无线电频谱分配常见模型
• 2.4.1 可用频谱模型
• 2.4.2 图论着色模型
• 2.4.3 博弈论模型介绍
• 2.4.4 投标竞价模型介绍
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于图论着色模型的认知无线电多小区频谱分配算法
• 3.1 引言
• 3.2 基于图论着色模型的现有算法
• 3.2.1 列表着色算法
• 3.2.2 颜色敏感的图论着色算法
• 3.2.3 CSGC联合局部议价的多小区频谱分配算法
• 3.3 基于需求的多小区频谱分配算法
• 3.3.1 算法提出的背景
• 3.3.2 基于干扰温度模型的频谱质量分级
• 3.3.3 多小区频谱分配图论着色模型和矩阵定义
• 3.3.4 基于需求的多小区频谱分配算法流程
• 3.3.5 算法仿真分析
• 3.3.6 算法小结
• 3.4 本章小结
• 第四章 认知无线电多小区间联合功控的频谱分配算法
• 4.1 引言
• 4.2 基于干扰温度模型的现有算法介绍
• 4.2.1 多小区下行频谱分配系统模型
• 4.2.2 两阶段资源分配算法
• 4.2.3 基于动态干扰图的信道分配结合功率控制算法
• 4.2.4 现有算法小结
• 4.3 基于TPRA算法的先进两阶段资源分配算法
• 4.3.1 改进算法提出的背景
• 4.3.2 改进算法的分配目标
• 4.3.3 ATPRA算法设计
• 4.3.4 算法仿真分析
• 4.3.5 算法小结
• 4.4 先进公平性的频谱分配策略
• 4.4.1 算法提出的背景
• 4.4.2 公平性的比较方法
• 4.4.3 AFRA策略设计
• 4.4.4 性能仿真分析
• 4.4.5 算法小结
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 全文的总结及本文的主要贡献
• 5.2 下一步研究的设想
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间研究成果
• 个人简历