认知多址接入系统中的吞吐量和能量消耗优化研究

发布时间：2017-09-12 06:52

  本文关键词：认知多址接入系统中的吞吐量和能量消耗优化研究

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【摘要】：随着无线通信技术的不断发展以及业务需求的多样化,无线频谱资源的短缺问题变得越来越严重,认知无线电技术作为一种动态频谱接入技术,能够有效缓解频谱资源短缺与其利用率低下之间的矛盾,并已成为目前的研究热点。近年来,许多学者利用不同的频谱接入技术从不同角度对认知无线电系统的性能进行了探讨。然而,对认知多址接入系统中的吞吐量(有效容量和有效吞吐量)和能量消耗等基础问题,研究和分析不够深入全面。针对认知多址接入系统中频谱共享的有效容量问题,为了避免次用户对主用户造成有害的干扰,次用户必须统一服从干扰功率约束条件;此外,主用户和次用户还受到统计服务质量的约束。在这种场景下,本文推导出主用户和次用户的链路层有效容量的闭式表达式,以此分析不同参数对主用户和次用户性能的影响。仿真表明,存在单个次用户有效容量与同时进行传输次用户数量以及总的次用户有效容量之间的折中。针对利用机会频谱接入研究认知多址接入系统中的有效吞吐量问题,由于受到碰撞约束和非理想感知的影响,设计接入策略来增加吞吐量比较困难,该方面研究较少。本文在碰撞约束和非理想信道信息下,定义有效吞吐量并作为次用户的性能指标,同时在信道质量分布参数未知的情况下采用有限的信道样本对其进行估计,在此基础上,设计了次用户的接入策略。进一步,给出了优化问题的求解,并对非理想感知下次用户的性能进行分析。通过仿真实验,讨论了信道质量门限与碰撞概率及次用户性能之间的关系,对比了理想感知和非理想感知下次用户的性能,并与其他接入策略进行对比,验证了本文接入策略的有效性。在混合接入下的认知多址接入系统中,为了减少能量消耗,需要对感知时间、传输信道以及功率进行合理的分配。为此,本文考虑一种基于多用户多信道感知的频谱共享方案,在保证主用户的服务质量下,将平均能量消耗与平均发送数据的比值作为能量消耗的性能指标,把干扰功率作为约束条件,建立了初始的能量消耗优化问题。进一步,对优化问题进行凸松弛,并转化为一个含参数的线性问题,从而提出一种最小化能量消耗的算法。通过实验仿真,讨论了次用户数量、信道数量及干扰功率对能量消耗和最优感知时间的影响,同时也验证了本文的理论分析结果。
【关键词】：认知无线电 认知多址接入 有效容量 有效吞吐量 能量消耗
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 论文研究内容及章节安排13-15
• 第2章 认知多址接入系统相关技术15-23
• 2.1 认知无线电的概念15-16
• 2.2 认知无线电的相关技术16-19
• 2.2.1 频谱感知16-17
• 2.2.2 频谱分析17
• 2.2.3 频谱接入17-19
• 2.3 认知无线电的MAC协议19-22
• 2.3.1 认知无线电的MAC协议分类19
• 2.3.2 集中式认知无线电MAC19-20
• 2.3.3 分布式认知无线电MAC20-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 认知多址接入系统中的主用户和次用户有效容量分析23-34
• 3.1 引言23-24
• 3.2 系统模型和性能指标24-26
• 3.2.1 系统模型24-26
• 3.2.2 性能指标26
• 3.3 主用户和次用户的有效容量26-28
• 3.3.1 主用户的有效容量26-28
• 3.3.2 次用户的有效容量28
• 3.4 仿真结果与分析28-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 碰撞约束和非理想感知下的有效吞吐量分析34-46
• 4.1 引言34-35
• 4.2 系统模型和性能指标35-37
• 4.2.1 系统模型35-36
• 4.2.2 性能指标36-37
• 4.3 碰撞约束下次用户接入策略设计37-38
• 4.4 优化问题求解38-40
• 4.5 非理想感知下次用户有效吞吐量分析40-41
• 4.6 仿真结果与分析41-45
• 4.7 本章小结45-46
• 第5章 认知多址接入系统中的能量消耗优化46-61
• 5.1 引言46-47
• 5.2 系统模型47-48
• 5.3 信道与功率分配48-51
• 5.4 优化算法51-54
• 5.5 仿真结果与分析54-60
• 5.6 本章小结60-61
• 第6章 工作总结与展望61-63
• 6.1 本文工作总结61
• 6.2 未来工作展望61-63
• 参考文献63-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 ;Effective capacity region of two-user opportunistic spectrum access[J];Science China(Information Sciences);2011年09期

2 罗丽平;邱焕新;张广驰;秦家银;;具有约束条件的认知无线电网络最优频谱价格函数[J];电子学报;2011年03期

3 黄丽亚;刘臣;王锁萍;;改进的认知无线电频谱共享博弈模型[J];通信学报;2010年02期

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本文编号：835722