认知无线电中基于能效的协作频谱感知及其网络资源优化

发布时间：2017-08-02 17:33

  本文关键词：认知无线电中基于能效的协作频谱感知及其网络资源优化

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【摘要】：当今社会是信息社会,信息化在各个领域影响着人们的生活。无线通信技术的迅速发展为信息化提供了更大的可能,同时也出现了一定的问题,频谱资源作为不可再生的资源变得日益短缺起来。认知无线电技术作为可以有效提高频谱利用率的技术被提出,通过对空闲授权信道的利用可以缓解频谱资源短缺问题。论文研究了认知无线电中基于能效的协作频谱感知以及网络资源优化问题,通过对网络中的各种参数进行合理调整,可以提高认知无线电网络的能效,提升网络性能,并研究了认知无线电在M2M网络中基于能效的应用。论文研究内容如下:1、研究了单信道多次用户认知无线电网络中协作频谱感知基于能效的联合优化问题。首先建立了包含权重因子的网络能效为优化目标,以感知时长和感知用户数为优化参数的优化问题。分别讨论了当感知用户数目一定时,感知时长与认知无线电网络能效之间的关系;当感知时长一定时,感知用户数目与认知无线电网络能效之间的关系。通过对优化问题中感知时长和用户数目进行分析,提出可行的优化算法。然后进一步讨论权重因子为0以及1两种特殊情形能效与感知用户数目之间关系。最后通过数值结果在融合中心分别采用“OR”融合准则、“AND”准则和“K out of N”准则下验证了分析的正确性,即通过对感知时长和感知用户的数目进行联合优化可以使认知无线电网络的能效达到最大值。另外,仿真结果表明采用“K out of N”准则虽然付出更多的感知用户开销才能达到最优值,但能效的最优值要比采用其它两种融合准则的要高。2、研究了多信道多次用户认知无线电网络中协作频谱感知基于能效的联合优化问题。首先建立了以感知时长和感知门限为优化参数、以最大化认知无线电网络系统能效为目的优化问题。分别证明了当感知门限给定时能效关于感知时长存在最优值、当感知时长给定时能效关于感知门限存在最优值,并提出系统能效最大化的联合优化算法。然后,进一步考虑实际系统中主信道的可用概率并不一定是固定不变的情形,提出了基于主信道的可用概率的能效最大化的改进算法。最后仿真结果验证了通过对用户资源进行合理分配,针对不同的信道状况分配不同的感知参数可以有效提升整个系统的能效。3、研究了多信道多次用户认知无线电网络中协作频谱感知用户利用分簇方法基于能效的联合优化问题。首先研究以主用户分簇、感知时长和感知门限为优化参数、以最大化认知无线电网络系统能效利用率为目的优化问题,固定感知时长和感知门限,分析了能效与主用户分簇的关系,并提出了优化主用户分簇的算法。然后研究以次用户分簇为优化参数、以最大化认知无线电网络系统能效为目的优化问题,将优化问题转化为虚警概率增益能效优化问题,在分析基础上提出了次用户分簇的优化算法。仿真结果表明通过对主用户进行合理分簇,可以在资源有限的情况下提升感知性能较好的信道,从而提升整个系统的能效;通过对次用户进行合理分簇可以使每个次用户发挥其最优性能,进一步提升系统的能效。4、研究了M2M网络中认知无线电技术的应用及其基于能效的优化方案。在单蜂窝小区模型中,往往存在着大量的设备需要在有限的信道资源内进行频繁的通信,本文根据M2M网络的特性,提出一种基于能效的M2M网络优化算法,仿真结果可以看出通过将设备进行分簇整合数据以提高系统的能效。
【关键词】：认知无线电 协作频谱感知 能效 分簇
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 专用术语注释表13-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 论文研究背景14-15
• 1.2 认知无线电网络概述15-17
• 1.3 频谱感知技术17-23
• 1.3.1 频谱感知技术概述17-18
• 1.3.2 频谱感知算法介绍18-23
• 1.4 论文的研究内容以及结构安排23-26
• 1.4.1 已有的研究工作23-24
• 1.4.2 论文内容安排24-26
• 第二章 基于能效的单主信道协作频谱感知优化26-58
• 2.1 引言26-27
• 2.2 系统模型27-29
• 2.2.1 协作频谱感知的系统模型27-28
• 2.2.2 能量检测的虚警概率与检测概率28-29
• 2.3 基于能效的优化模型29-31
• 2.4 优化问题的求解31-41
• 2.4.1 能效与感知时长的关系31-36
• 2.4.2 能效与协作频谱感知的次用户数目的关系36-41
• 2.5 优化问题的特殊情形分析41-45
• 2.5.1 a =1 的情形41-44
• 2.5.2 a =0 的情形44-45
• 2.6 数值结果及分析45-56
• 2.7 本章小结56-58
• 第三章 基于能效的多主信道协作频谱感知优化58-78
• 3.1 引言58-59
• 3.2 系统模型59-61
• 3.2.1 认知无线电网络59-60
• 3.2.2 基于能量检测的协作频谱感知模型60-61
• 3.3 基于能效的优化问题61-67
• 3.4 i_t 值域起点分析67
• 3.5 主信道可用概率估计分析67-70
• 3.6 仿真与分析70-76
• 3.7 本章小结76-78
• 第四章 基于能效的感知簇的协作频谱感知优化78-96
• 4.1 引言78-79
• 4.2 主用户分簇优化问题79-83
• 4.2.1 认知无线电网络介绍79-80
• 4.2.2 优化问题描述80-83
• 4.3 次用户分簇优化问题83-90
• 4.3.1 认知无线电网络83-84
• 4.3.2 优化问题描述84-86
• 4.3.3 优化问题的转化86-90
• 4.4 数值分析90-95
• 4.5 本章小结95-96
• 第五章 基于能效的M2M系统用户分簇优化方案96-108
• 5.1 引言96-97
• 5.2 系统模型97-99
• 5.3 优化问题介绍与分析99-103
• 5.4 数值分析103-107
• 5.5 本章小结107-108
• 第六章 总结与展望108-110
• 参考文献110-114
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文114-116
• 致谢116

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