基于OFDMA的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的資源分配與干擾抑制研究.pdf

1、隨著無線通信設(shè)備和各種應(yīng)用的急劇增長，認(rèn)知無線電技術(shù)逐漸成為了一種有效改善頻譜利用率的技術(shù)。由于可以在所有認(rèn)知用戶間靈活分配資源，以及具有在沒有額外開銷的前提下監(jiān)聽頻譜上主用戶活動的能力，正交頻分多址(Orthogonalfrequencydivisionmultipleaccess，OFDMA)技術(shù)（也被稱為多用戶OFDM技術(shù)）被認(rèn)為是適合認(rèn)知無線電系統(tǒng)的有效備選技術(shù)。
　　 而在基于OFDMA的認(rèn)知無線電系統(tǒng)中，認(rèn)知用戶與主

2、用戶的信號并存于無線電頻譜中并且可能使用不同的接入技術(shù)，二者信號的非正交性以及二者之間的頻譜共享都會導(dǎo)致相互干擾。作為影響認(rèn)知無線電系統(tǒng)性能的一個因素，干擾（尤其是認(rèn)知用戶對主用戶的干擾）應(yīng)該被限制在一個門限值以下。除此以外，接入主用戶未占用頻譜空穴的認(rèn)知用戶的不同類型QoS（QualityofService，服務(wù)質(zhì)量）需求也應(yīng)得到保障。資源分配是認(rèn)知無線電系統(tǒng)中抑制對主用戶干擾，同時保證認(rèn)知用戶QoS的有效手段。據(jù)此，本博士論文構(gòu)建了

3、幾個優(yōu)化問題，研究了基于OFDMA的認(rèn)知無線電系統(tǒng)的資源分配和干擾抑制問題。
　　 本文的主要研究工作和成果如下:
　　 1.研究了限制認(rèn)知用戶對主用戶干擾在一定門限值以下，同時保證認(rèn)知用戶最低傳輸速率限制的資源分配問題。首先，針對一個單主用戶認(rèn)知無線電系統(tǒng)提出了一個次優(yōu)的資源分配算法，該算法旨在最大化所有認(rèn)知用戶的和速率;其次，本文把單主用戶情況推廣到更一般的多主用戶系統(tǒng)，運用對偶數(shù)方法提出了一種近似最優(yōu)的資源分配算法

4、，該算法同時考慮了對主用戶的干擾門限和所有認(rèn)知用戶的總傳輸功率限制。分析與仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)資源分配算法相比，本文提出的算法可以取得更高的傳輸速率并且保證每個認(rèn)知用戶的最低傳輸速率。
　　 2.對于考慮干擾抑制的基于OFDMA的認(rèn)知無線電系統(tǒng)，研究了保證認(rèn)知用戶統(tǒng)計比例速率的資源分配問題。在認(rèn)知系統(tǒng)中，保證比例公平性的資源分配算法通常面臨兩個挑戰(zhàn):第一，主用戶的即時信道增益在認(rèn)知用戶傳輸端很難獲取;其次，在某些OFDM符號周期

5、中，可用的子信道數(shù)目小于認(rèn)知用戶的數(shù)目。本文以最大化所有認(rèn)知用戶各態(tài)歷經(jīng)和容量為優(yōu)化目標(biāo)，提出了一個考慮長期認(rèn)知用戶傳輸功率限制，長期主用戶干擾門限限制，以及所有認(rèn)知用戶統(tǒng)計比例公平性的資源分配算法。研究表明，與傳統(tǒng)的資源分配算法相比，提出的算法可以取得更高的和速率并且保證認(rèn)知用戶的比例速率。
　　 3.研究了混合接入認(rèn)知無線電系統(tǒng)中保證比例公平性的資源分配問題。在基于OFDMA的認(rèn)知無線電系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的資源分配算法無法保證在每

6、個OFDM符號周期內(nèi)所有認(rèn)知用戶的比例速率。這是因為在某些OFDM符號周期內(nèi)，可用的子信道數(shù)目可能小于認(rèn)知用戶數(shù)量。為了應(yīng)對這種可用頻譜資源的時變性，本文采用了一種混合認(rèn)知無線電接入方案，該系統(tǒng)允許認(rèn)知用戶在使用頻譜空穴子信道的同時使用主用戶頻段中的子信道?；谶@一混合接入系統(tǒng)，本文提出了一種資源分配算法以保證認(rèn)知用戶的比例速率并且抑制認(rèn)知用戶對主用戶的過度干擾。
　　 4.頻譜監(jiān)聽是認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中決定可用頻譜的關(guān)鍵技術(shù)。本文

7、還研究了在多信道認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，如何聯(lián)合優(yōu)化監(jiān)聽時間和資源分配以最大化所有認(rèn)知用戶和速率的問題。通過考慮總傳輸功率和保護(hù)主用戶免受過度干擾的干擾限制條件，以及頻譜監(jiān)聽目標(biāo)檢測概率和虛警概率，本文提出了一種近似最優(yōu)的資源分配算法。一般而言，最優(yōu)的監(jiān)聽時間可以通過傳統(tǒng)的一維窮舉搜索獲得。然而，由于該搜索方法的復(fù)雜度很高，本文接著提出了一種目標(biāo)虛警概率很低情況下的簡化算法以獲取最優(yōu)的監(jiān)聽時間。研究表明，在嚴(yán)格的虛警概率限制條件下，本文提出的

8、簡化算法可以有效地獲取最優(yōu)的監(jiān)聽時間。
　　 5.在家庭小區(qū)網(wǎng)絡(luò)中，openaccess（公開接入）是一種降低跨層干擾的有效方法。本文最后部分研究了在采用openaccess模式的OFDMA家庭小區(qū)網(wǎng)絡(luò)中，保證處于DeadZone（死區(qū)）的相鄰宏用戶QoS并且限制家庭小區(qū)對其他宏用戶跨層干擾的資源分配問題，提出了一種可以同時改善相鄰宏用戶和家庭小區(qū)用戶的資源分配算法。具體而言，最初由宏基站分配給相鄰宏用戶的子信道集可能會與FAP

9、（femtocellaccesspoint，家庭小區(qū)接入點）占用的子信道集重疊，而重疊的部分會產(chǎn)生跨層干擾。在相鄰宏用戶接入后，重疊部分的子信道會被釋放并且只供家庭小區(qū)專用。之后，家庭小區(qū)中子信道和功率資源在家庭小區(qū)用戶和接入的相鄰宏用戶間重新分配。通過在家庭小區(qū)網(wǎng)絡(luò)中引入認(rèn)知無線電技術(shù)并且運用對偶數(shù)方法，本文提出一種近似最優(yōu)的資源分配算法。研究表明，在openaccess模式下，提出的算法可以取得比closedaccess（封閉接入）