認知無線電網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)作DF中繼的聯(lián)合資源分配策略研究.pdf

1、在認知無線電(Cognitive Radio，CR)網(wǎng)絡(luò)中，次要用戶可以動態(tài)接入主要用戶的授權(quán)頻譜，從而提高了頻譜效率。CR技術(shù)作為一種解決頻譜資源短缺問題的關(guān)鍵技術(shù)，是近期研究者關(guān)注的熱點。以O(shè)FDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)為代表的多載波技術(shù)，具有強大的克服多徑干擾能力，在無線通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。在采用協(xié)作中繼的多載波CR系統(tǒng)中，如何有效的利用通信系統(tǒng)的功率、

2、載波等資源，提高資源利用率和系統(tǒng)性能，是資源分配研究關(guān)注的核心。
　　因此，針對多用戶多載波的DF（Decode and Forward，DF）協(xié)作中繼CR通信系統(tǒng)，綜合考慮主要系統(tǒng)和次要系統(tǒng)的性能，論文采用凸優(yōu)化理論，建立優(yōu)化問題，研究考慮用戶公平性和保證時延要求的資源分配策略，并進行仿真和分析。論文的主要工作如下:
　　(1)簡要介紹無線通信系統(tǒng)資源分配研究的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，包括博弈論、凸優(yōu)化理論、泰勒近似和蒙特卡羅等方法。<

3、br>　　(2)在給出CR通信系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，重點關(guān)注次要用戶之間的公平性，以最小化次要系統(tǒng)平均功率的“β-公平”效用函數(shù)為目標(biāo)，在滿足主要系統(tǒng)、次要系統(tǒng)的目標(biāo)速率的條件下，建立優(yōu)化問題。進一步，采用拉格朗日對偶方法，將原問題分解為等價的三個子問題，并利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker, KKT)條件進行求解，得到最優(yōu)的次要用戶的功率分配和子載波分配。在此基礎(chǔ)上，采用子梯度迭代算法進行數(shù)值求解和仿真。仿真結(jié)果表明，與固定

4、子載波分配策略和固定功率分配策略相比，提出的最優(yōu)資源分配策略可以使系統(tǒng)獲得更好的能效性和公平性的折中。
　　(3)基于以上物理層的資源分配研究，論文引入有效容量的概念，研究保證上層時延QoS（Quality of Service，QoS）要求的跨層資源分配策略。以最小化次要系統(tǒng)平均功率為目標(biāo)，在滿足主要系統(tǒng)、次要系統(tǒng)的目標(biāo)有效容量的條件下，規(guī)劃最優(yōu)化問題。為進一步研究，采用泰勒近似方法，轉(zhuǎn)換為簡化的優(yōu)化問題，并采用拉格朗日對偶方法