认知无线网络中基于能效优先的资源分配方案研究

发布时间：2020-04-03 09:54

【摘要】：认知无线电(CR)通过动态频谱接入方式提高了有限频谱资源的利用效率。认知用户(SU)通过感知判决主用户(PU)的频谱空洞,以合适的接入方式动态的接入授权频段,最大化利用空闲频谱。随着频谱效率的有效提升以及绿色通信理念的普及,认知无线电网络(CRN)中的能量效率(EE)已经成为研究热点。CRN中基于能效的多用户多资源动态分配,是实现CRN中能量效率和频谱效率(SE)折衷的有效途径。论文研究了CRN中基于能效优先的资源分配方案。论文主要研究了在多用户共享频谱环境下,以系统能量效率为目标,对子载波、功率、比特等资源进行动态分配。在此基础上,论文进一步研究了EE和SE折衷方案,得出两者之间的关系曲线。论文的主要研究内容如下:论文研究了CRN中基于能效优先的多用户子载波功率分配方法,分析了多SU共享PU频谱资源的场景,提出一种采用注水因子辅助搜索的能效优先子载波功率联合优化(EE-WFAS)算法。首先以最大化系统总能效作为优化目标,考虑在认知用户发射功率控制、主用户干扰功率控制和认知用户最低信息传输速率限制等多个约束条件下,构造最优化函数。然后通过能效优先的子载波分配和注水因子辅助搜索(WFAS)的功率分配进行求解该优化函数。子载波分配部分考虑了SU信道增益与能效,根据信道增益为每个SU进行能效优先的子载波分配。功率分配部分进一步分析优化模型,将非凸优化问题转换成一个凸优化问题,对拉格朗日乘子进行二分查找法结合WFAS进行以能效为目标的功率分配。仿真结果表明,所提的算法与子载波功率平均分配算法相比,EE-WFAS优化算法的能效提高了约1.2kbit/J。论文研究了CRN中能量效率与频谱效率折衷的多用户子载波比特分配方法。首先构造了认知无线网络的能量效率和频谱效率的加权折衷函数进行系统建模。其次,分析了数据采用多进制正交幅度调制(MQAM)、多进制相移键控(MPSK)两种调制方式下SU传输功率与误码率、比特数之间的关系式。然后,考虑各个认知用户信息传输速率公平比的条件下,依据信道条件的好坏依次为每个认知用户分配子载波。完成子载波分配后,基于Hughes-Hartogs和Chow两种经典的比特分配算法在每个子载波上分配信息比特。最后,仿真给出了CRN子载波比特优化分配时EE与SE的折衷关系,以实现CRN中EE与SE的有效折衷。论文对CRN中基于能效优先的资源分配方案进行了初步的分析与研究,研究成果对于后续工作的开展具有重要的启发意义。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN925

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本文编号：2613220