认知无线电中基于能效的协作频谱感知及其网络资源优化

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4、versityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByLiangJingweiSupervisor:Prof.DaiJianxinApril2016摘要当今社会是信息社会，信息化在各个领域影响着人们的生活。无线通信技术的迅速发展为信息化提供了更大的可能，同时也出现了一定的问题，频谱资源作为不可再生的资源变得日益短缺起来。认知无线电技术作为可以有效提高频谱利用率的技术被提出，通过对空闲授权信道的利用可以缓解频谱资源短缺问题。论文研究了认知无线电中

5、基于能效的协作频谱感知以及网络资源优化问题，通过对网络中的各种参数进行合理调整，可以提高认知无线电网络的能效，提升网络性能，并研究了认知无线电在M2M网络中基于能效的应用。论文研究内容如下：1、研究了单信道多次用户认知无线电网络中协作频谱感知基于能效的联合优化问题。首先建立了包含权重因子的网络能效为优化目标，以感知时长和感知用户数为优化参数的优化问题。分别讨论了当感知用户数目一定时，感知时长与认知无线电网络能效之间的关系；当感知时长一定时，感知用户数目与认知无线电网络能效之间的关系。通过对优化问题中感知时长和用户数目进行分析，提

6、出可行的优化算法。然后进一步讨论权重因子为0以及1两种特殊情形能效与感知用户数目之间关系。最后通过数值结果在融合中心分别采用“OR”融合准则、“AND”准则和“KoutofN”准则下验证了分析的正确性，即通过对感知时长和感知用户的数目进行联合优化可以使认知无线电网络的能效达到最大值。另外，仿真结果表明采用“KoutofN”准则虽然付出更多的感知用户开销才能达到最优值，但能效的最优值要比采用其它两种融合准则的要高。2、研究了多信道多次用户认知无线电网络中协作频谱感知基于能效的联合优化问题。首先建立了以感知时长和感知门限为优化参数、

7、以最大化认知无线电网络系统能效为目的优化问题。分别证明了当感知门限给定时能效关于感知时长存在最优值、当感知时长给定时能效关于感知门限存在最优值，并提出系统能效最大化的联合优化算法。然后，进一步考虑实际系统中主信道的可用概率并不一定是固定不变的情形，提出了基于主信道的可用概率的能效最大化的改进算法。最后仿真结果验证了通过对用户资源进行合理分配，针对不同的信道状况分配不同的感知参数可以有效提升整个系统的能效。3、研究了多信道多次用户认知无线电网络中协作频谱感知用户利用分簇方法基于能效的联合优化问题。首先研究以主用户分簇、感知时长和感

8、知门限为优化参数、以最大化认知无线电网络系统能效利用率为目的优化问题，固定感知时长和感知门限，分析了能效与主用户分簇的关系，并提出了优化主用户分簇的算法。然后研究以次用户分簇为优化参数、以最大化认知无线电网络系统能效为目的优化问题，将优化问题转化为虚警概率增益能