认知无线电网络中基于协作DF中继的联合资源分配策略研究

发布时间：2017-08-02 16:08

  本文关键词：认知无线电网络中基于协作DF中继的联合资源分配策略研究

  更多相关文章： CR网络 DF中继 频谱租借 资源分配 服务质量 统计时延 有效容量 凸优化 拉格朗日对偶

【摘要】：在认知无线电(Cognitive Radio, CR)网络中,次要用户可以动态接入主要用户的授权频谱,从而提高了频谱效率。CR技术作为一种解决频谱资源短缺问题的关键技术,是近期研究者关注的热点。以OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)为代表的多载波技术,具有强大的克服多径干扰能力,在无线通信系统中得到广泛应用。在采用协作中继的多载波CR系统中,如何有效的利用通信系统的功率、载波等资源,提高资源利用率和系统性能,是资源分配研究关注的核心。因此,针对多用户多载波的DF (Decode and Forward, DF)协作中继CR通信系统,综合考虑主要系统和次要系统的性能,论文采用凸优化理论,建立优化问题,研究考虑用户公平性和保证时延要求的资源分配策略,并进行仿真和分析。论文的主要工作如下：(1)简要介绍无线通信系统资源分配研究的数学基础,包括博弈论、凸优化理论、泰勒近似和蒙特卡罗等方法。(2)在给出CR通信系统模型的基础上,重点关注次要用户之间的公平性,以最小化次要系统平均功率的“｀-公平”效用函数为目标,在满足主要系统、次要系统的目标速率的条件下,建立优化问题。进一步,采用拉格朗日对偶方法,将原问题分解为等价的三个子问题,并利用KKT (Karush-Kuhn-Tucker, KKT)条件进行求解,得到最优的次要用户的功率分配和子载波分配。在此基础上,采用子梯度迭代算法进行数值求解和仿真。仿真结果表明,与固定子载波分配策略和固定功率分配策略相比,提出的最优资源分配策略可以使系统获得更好的能效性和公平性的折中。(3)基于以上物理层的资源分配研究,论文引入有效容量的概念,研究保证上层时延QoS (Quality of Service, QoS)要求的跨层资源分配策略。以最小化次要系统平均功率为目标,在满足主要系统、次要系统的目标有效容量的条件下,规划最优化问题。为进一步研究,采用泰勒近似方法,转换为简化的优化问题,并采用拉格朗日对偶方法进行求解。在得到问题最优解的的同时,论文还研究将子载波分配给最优信道的次优方法,降低问题的求解复杂度。仿真结果表明,在满足上层时延QoS要求的前提下,采用提出的联合资源分配方案策略,能够大大地节约次要系统所消耗的功率。同时,最优策略的性能远好于另外两种对比策略,而次优方案性能仅次于最优策略。
【关键词】：CR网络 DF中继 频谱租借 资源分配 服务质量 统计时延 有效容量 凸优化 拉格朗日对偶
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 无线通信系统关键技术简介13-16
• 1.2.1 CR技术13-14
• 1.2.2 OFDM技术14-15
• 1.2.3 协作中继技术15-16
• 1.3 CR网络资源分配研究现状16-18
• 1.3.1 协作CR网络中公平且能效高的联合资源分配研究16-17
• 1.3.2 保证时延QoS要求的协作CR网络资源分配研究17-18
• 1.4 本文的内容安排18-21
• 第二章 无线通信系统资源分配策略研究数学基础21-30
• 2.1 通信系统资源分配研究经典方法21-27
• 2.1.1 基于博弈论的方法21-23
• 2.1.2 基于凸优化理论的方法23-27
• 2.1.3 本节小结27
• 2.2 泰勒近似方法27-28
• 2.3 蒙特卡罗法28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 协作CR网络中公平高效的资源分配研究30-49
• 3.1 通信系统模型30-33
• 3.1.1 系统结构30-31
• 3.1.2 系统工作协议31-33
• 3.2 基于协作DF中继的公平联合资源分配策略33-42
• 3.2.1 优化问题建立33-34
• 3.2.2 优化问题求解34-41
• 3.2.3 算法仿真程序实现流程41-42
• 3.3 仿真对比资源分配策略42-44
• 3.3.1 固定子载波分配策略42-43
• 3.3.2 常功率分配策略43-44
• 3.4 数值仿真和分析44-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 协作CR网络中保证时延QoS要求的资源分配研究49-65
• 4.1 基于有效容量的跨层模型49-51
• 4.2 基于统计时延QoS保证的资源分配策略51-58
• 4.2.1 优化问题建立51
• 4.2.2 最优资源分配策略51-56
• 4.2.3 次优资源分配策略56-58
• 4.3 数值仿真和分析58-64
• 4.3.1 有效容量与QoS指数θ的关系59-60
• 4.3.2 三种资源分配策略比较60-62
• 4.3.3 次优资源分配策略效果62-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-74
• 攻读学位期间的研究成果74-75
• 学位论文评阅及答辩情况表75

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本文编号：610086