無(wú)線區(qū)域網(wǎng)中資源分配策略研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著各種無(wú)線應(yīng)用的迅速增加，對(duì)頻譜的需求量越來(lái)越大。頻譜屬于不可再生資源，現(xiàn)有頻譜早已經(jīng)劃分完畢，分配給具有授權(quán)的用戶使用。研究表明，現(xiàn)有頻譜的利用率很低。為了提高現(xiàn)有頻譜的利用率，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周圍電磁環(huán)境，當(dāng)授權(quán)用戶不使用頻譜時(shí)，認(rèn)知用戶可以與授權(quán)用戶共享頻譜。
　　 無(wú)線區(qū)域網(wǎng)是世界上第一個(gè)利用認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)，旨在為農(nóng)村地區(qū)提供通信服務(wù)。IEEE于2004年11月成立了802.22工

2、作組，為無(wú)線區(qū)域網(wǎng)研發(fā)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)線區(qū)域網(wǎng)采用正交頻分復(fù)用接入，可以機(jī)會(huì)利用處于甚高頻和特高頻的電視頻段。這一頻段的授權(quán)用戶主要是數(shù)字電視廣播臺(tái)、模擬電視廣播臺(tái)和以無(wú)線麥克風(fēng)為代表的低功率輔助設(shè)備，無(wú)線區(qū)域網(wǎng)在不影響授權(quán)用戶的前提下使用電視頻段。
　　 典型的無(wú)線區(qū)域網(wǎng)由基站和若干個(gè)用戶駐地設(shè)備組成。與現(xiàn)有的IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的顯著區(qū)別是無(wú)線區(qū)域網(wǎng)的基站覆蓋范圍很大，有效全向輻射功率為4瓦特時(shí)，典型覆蓋為33千米，如果對(duì)發(fā)射功

3、率放寬限制，其最大可覆蓋100千米的范圍。這篇論文主要研究無(wú)線區(qū)域網(wǎng)中的資源分配策略，所取得的主要研究成果為：
　　 1.研究了無(wú)線區(qū)域網(wǎng)單小區(qū)中的資源分配問(wèn)題。無(wú)線區(qū)域網(wǎng)物理層采用正交頻分復(fù)用接入技術(shù)，無(wú)線資源可從時(shí)域和頻域劃分，時(shí)域可分為若干個(gè)時(shí)隙，頻域上可分為由采用正交頻分復(fù)用技術(shù)的子載波組成的若干個(gè)子信道。文中用BIN來(lái)表示可租借給認(rèn)知用戶的最小時(shí)頻單元。將一個(gè)基站、多個(gè)用戶之間的時(shí)頻資源分配建模為拍賣(mài)市場(chǎng)，運(yùn)用改進(jìn)的第

4、二價(jià)格拍賣(mài)機(jī)制解決這種“一對(duì)多”環(huán)境下的資源分配問(wèn)題?；就ㄟ^(guò)設(shè)置合適的保留價(jià)格來(lái)降低用戶之間的串謀行為給自身收益帶來(lái)的損失。仿真結(jié)果表明了該方法的可行性。
　　 2.研究了無(wú)線區(qū)域網(wǎng)多小區(qū)中的頻譜分配問(wèn)題。無(wú)線區(qū)域網(wǎng)多小區(qū)中，多個(gè)基站和多個(gè)認(rèn)知用戶共存，基站可以將空閑頻段出租給認(rèn)知用戶以獲得額外收益；同時(shí)，認(rèn)知用戶希望獲得空閑頻譜的授權(quán)以完成自己的通信目標(biāo)，這同樣可以為認(rèn)知用戶帶來(lái)一定收益。為了解決這種“多對(duì)多”環(huán)境下的頻譜分

5、配，文中將基站與認(rèn)知用戶之間的頻譜共享建模為連續(xù)雙向拍賣(mài)市場(chǎng)，買(mǎi)賣(mài)雙方均采用基于模糊邏輯的報(bào)價(jià)策略以最大化頻譜利用率。
　　 3.在考慮無(wú)線區(qū)域網(wǎng)與無(wú)線麥克風(fēng)之間的共存問(wèn)題前提下，研究了無(wú)線區(qū)域網(wǎng)單小區(qū)中下行鏈路的子信道分配。在保護(hù)低功率輔助設(shè)備的前提下，文中給出了一種更為準(zhǔn)確和實(shí)際的無(wú)線區(qū)域網(wǎng)與無(wú)線麥克風(fēng)共存模型，這個(gè)模型可以增加電視頻段的空間利用率。在共存模型的基礎(chǔ)上，將無(wú)線區(qū)域網(wǎng)單小區(qū)中下行鏈路的子信道分配建模為一個(gè)非線性

6、的混合整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題是NP難的。為了實(shí)時(shí)求解，采用了圖論中的匈牙利算法。Matlab仿真表明，所述方法在求得問(wèn)題的最優(yōu)解的同時(shí)，大大降低了計(jì)算開(kāi)銷。
　　 4.考慮認(rèn)知用戶與無(wú)線麥克風(fēng)共存的前提下，研究了無(wú)線區(qū)域網(wǎng)多小區(qū)上行鏈路功率與信道的聯(lián)合分配問(wèn)題。在文中第四章基礎(chǔ)之上，給出了一個(gè)更準(zhǔn)確也更為實(shí)際的認(rèn)知用戶與無(wú)線麥克風(fēng)共存模型。在共存模型基礎(chǔ)上，將功率與信道的聯(lián)合分配建模為勢(shì)博弈。給出了干擾最小化的用戶效用函數(shù)和博弈

7、的勢(shì)函數(shù)，并證明了所給博弈是精確勢(shì)博弈。
　　 5.研究了雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇問(wèn)題。在有兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)多個(gè)中繼、基于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中，文中給出了一種中繼選擇方案。所給的中繼選擇方案可以選出能夠最大化容量區(qū)域瓶頸的中繼節(jié)點(diǎn)。證明了所給出的中繼選擇方案能夠最小化中斷概率，因此所給方案可以作為衡量其他基于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的中繼選擇方案性能的基準(zhǔn)。推導(dǎo)了所給中繼選擇方案中斷概率的閉式解并證明了所給方案可以達(dá)到滿分集階數(shù)。仿真結(jié)