文档介绍：南京邮电大学
硕士学位论文
认知无线电系统中频谱分配算法的研究
姓名:林玉清
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:朱琦
20100301
摘要随着无线通信业务的不断增长,频谱资源越来越紧缺,然而另一方面大量授权的无线频谱却被闲置或者利用率极低,于是认知无线电技术应运而生,已成为无线通信领域的研究热点。认知无线电的基本思想是利用未被授权用户使用的空闲频谱进行通信,其可用无线资源是根据授权用户的频谱使用情况而动态变化的。因此,能否实现对系统可用无线资源的合理有效管理,对整个认知无线电系统的性能优劣起着决定性作用。良好的频谱分配策略及功率分配算法应当能够在提高系统容量的同时,保证用户可靠的通信服务质量。本文对认知无线电系统的频谱分配技术进行了研究。介绍了认知无线电的相关研究背景和无线资源管理、信道及功率分配的基本概念,分析了认知无线电环境下的无线资源管理的特点。研究了基于规则的频谱分配方案,其中,认知节点根据预先约定的规则进行信道共享,以最大化系统公平性和频谱利用率为目标,基于“贫困线”的概念,实现了认知无线电系统中的频谱分配。论文分析了五种规则的优缺点,对各种规则的系统频谱效用和公平性效用进行了仿真比较和分析。针对认知无线电的分簇绲钠灯追峙湮侍猓岢隽艘恢中碌幕谑谐〉娜级频谱分配方案,该方案中簇首节点依据业务比例从频谱管理中心购买频谱、簇内采用基于供需市场理论的频谱分配算法,分析了簇内频谱市场的两种迭代定价算法以及簇首需求订购的过程。基于供需市场的簇内频谱分配方案能实现各簇收益的最大化,簇首基于需求的频谱购买相对于等量购买进一步提高了频谱效用。仿真结果表明这种频谱分配方案能有效提高系统频谱效用,额外需求迭代算法和连续松弛算法均表现出良好的收敛性能。基于认知无线电系统的干扰温度模型,提出了一种在干扰温度限制下基于干扰温度的功率与信道联合分配算法。该算法在主用户谌ㄓ没干扰温度及次用户现S没功率的双重限制下,以最大化系统容量为基本目标,实现了信道与功率的联合分配,并且引入贫困线来保证各个用户信道分配的公平性。论文建立了该问题的非线性规划数学模型,给出了模型的求解方法。仿真结果表明,基于干扰温度的公平的功率与信道联合分配算法具有良好的性能,在保证了系统的公平性效益的同时,提高了系统的归一化容量。关键词:认知无线电,频谱分配,分簇,纾:戏峙南京邮电人学硕:研究生学位论文摘要
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第一章绪论引言认知无线科随着无线通信需求与应用的蓬勃发展,社会多媒体信息流量的急剧增加,高传输速率、高可靠度的链路要求与日俱增,巨大的多媒体通讯量与全球无缝覆盖需求,已经确立了无线宽带通信系统应用的主流地位。然而,由香农无错信息理论可知,宽带通信系统对频谱资源的需求也相对增大,因而导致频谱资源日益紧张,更可能成为无线宽带通信发展的瓶颈。另一方面,现有的频谱理与分配策略是造成频谱资源紧缺的又一个重要原因。现有频谱管理机构主要采用固定分配频谱的方法,将无线频谱分配给不同的无线通信系统,即将某一无线频谱块固定指派给某一特定的无线接入网络,这些频谱块大小固定,相互之间间隔一定大小的保护频段,分配给具有执照资格的不同运营商使用到一定的期限,期满后再重新指派。固定分配方式下的频谱管理较为简单,但整体的频谱利用率相对较低,不适应无线多媒体应用的高速发展。人们通过采用先进的无线通信理论和技术,如自适应技术、等努力在不断提高频谱利用率的同时,却发现全球授权频段,尤其是信号传播特性较好的低频段,其频谱的利用率极低。在一些区域性的实际测试中,发现在以下的某些频段和之间的大部分频段的频谱利用率极低。图是对桃登~频谱利用率的实际测试结果2馐越峁砻鳎谌蚴谌ㄆ刀危词故窃谛藕糯úヌ匦越虾谩⑿枨紧张的刀文冢灯椎睦寐室膊坏%;而在刀危灯桌用率仅%,在以上,频谱利用率更低。事实上我们拥有丰富的频谱资源,只是用于管理和授权的原因导致了较低的利用率。因此寻找一种更加有效的频谱管理方式,充分利用各地区、各时间段的空闲频段,缓解利用率低与不断增长的频谱资源需求