认知无线电网络中频谱分配的最优化研究

发布时间：2017-09-06 01:16

  本文关键词：认知无线电网络中频谱分配的最优化研究

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【摘要】：飞速发展的无线电通信技术需要越来越多的频谱资源,但是根据最近的研究报告指出,绝大部分已分配的频谱资源存在着利用率严重低下的问题。而认知无线电技术是缓解频谱短缺和利用率低下问题的一个有效方法,它允许认知用户在不干扰授权用户的情况下,伺机利用已分配的频谱资源。在使用授权频谱之前,认知用户首先要进行频谱感知,感知周围环境中的空闲频谱,然后调整它的操作参数,有效使用检测到的频谱资源。因此在频谱感知阶段,系统需要决定每一个认知用户感知和利用哪些信道/频谱。另外为了避免对授权用户产生干扰,认知用户一旦检测到授权用户要重新使用频谱时,需要让出信道,然后切换到其他的空闲信道来继续其未完成的数据传输。这些就是认知无线电网络中频谱管理的问题。在本文中,主要通过研究频谱感知和频谱分配等问题来提高系统的性能,而对于频谱管理中的其它问题,比如频谱切换,我们会留在以后继续研究。本文的研究结果表明,对于频谱资源,如果进行有效的管理,可以大大改善系统的性能和提高系统的吞吐量。在认知无线电网络中,关于频谱管理的一个基本问题是:怎样合理地分配频谱资源给非授权收发双方进行频谱感知和利用。本文中考虑的频谱分配问题更加接近实际的认知无线电网络系统而且更加通用。因为我们所建立的模型,考虑到授权信道和非授权收发双方的不同特性。不同的信道有着不同的信道容量和空闲概率,同时不同的收发双方也有着不同的地理位置,检测阈值和接收的信噪比。为了最大化认知用户可获得的吞吐量,本文在综合考虑有效性约束条件、频谱跨度约束条件和无干扰约束条件下,将频谱分配问题建模为一个整数规划问题。本文首先证明了这个问题是一个NP-complete问题,然后利用最近在理论计算机科学上的一个成果——随机舍入算法(randomized rounding algorithm)进行求解。这个算法将本文所建立的NP-complete问题分解为多个可以在多项式时间内求解的凸优化问题,大大降低了问题的复杂度。本文的仿真实验结果表明,本文所提出的算法能以一个很小的复杂度,获得一个及其接近最优解的频谱分配结果。
【关键词】：授权用户 认知用户 频谱分配 认知无线电网络 随机舍入算法
【学位授予单位】：闽南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 认知无线电概述11-18
• 1.2.1 认知无线电的基本知识12-13
• 1.2.2 认知无线电的关键技术13-15
• 1.2.3 认知无线电的国内外研究现状15-18
• 1.3 本文的主要研究内容和组织结构18-21
• 第2章 系统模型21-25
• 2.1 系统模型21-22
• 2.2 频谱感知22-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 频谱分配问题模型25-33
• 3.1 系统吞吐量27
• 3.2 有效频谱分配的约束条件27-28
• 3.3 频谱分配优化模型28
• 3.4 DPA问题复杂度分析28-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第4章 随机舍入算法33-40
• 4.1 随机舍入算法的分析过程33-36
• 4.2 DPA问题的近似算法36-39
• 4.3 本章小结39-40
• 第5章 仿真实验40-50
• 5.1 算法 4.2 有效性的评价41-44
• 5.2 参数0d对算法的影响分析44-48
• 5.3 频谱分配结果48
• 5.4 复杂度分析48-49
• 5.5 本章小结49-50
• 第6章 论文的总结与展望50-52
• 6.1 论文的总结50
• 6.2 对今后工作的展望50-52
• 参考文献52-61
• 致谢61-62
• 攻读学位期间所发表的学术论文62

【参考文献】

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1 马志W，

本文编号：801302