认知无线网络的跨层优化资源配置研究

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1、认知无线网络的跨层优化资源配置研究ResearchofCognitiveWirelessNetworkResourceAllocationBasedonCross-layerOptimization学科专业：信息与通信工程研究生：刘超指导教师：刘开华教授天津大学电子信息工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的

2、说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要近年来，随着无线通信应用的快速增多，几乎所有的频谱资源都已分配殆尽。在这种情况下，联邦电信交通委员会在2002年的频谱资源报告中显示，大部分的授权频谱在绝大多数时间和频

3、率位置上都没有被使用。认知无线电因此被提出来提高频谱的使用效率。在认知无线网络中，认知节点具有实时感知周围环境和决策通信参数的能力。首先，本文对认知无线网络及跨层优化技术基础进行了介绍。其次，提出了一种认知无线网络的跨层架构，经验证该架构可实用且稳定。然后，在充分研究物理层、数据链路层及网络层的基础上，首次提出了基于认知ad-hoc无线网络的物理层/数据链路层/网络层的三层跨层优化协议设计，在设计协议的过程中，为了更加准确的衡量系统的通信容量，提出用有效信道容量的概念代替传统的实时信道容量，它综合考虑了实际信道的利用情况与信道容量，经过验证，该协议能有效提升通信系统的可靠度与准

4、确性。最后，本文研究了认知网络中利用跨层优化进行频谱利用率高效化的方法，在研究的过程中，采取认知无线网络中通常采用的NC-OFDM调制方式作为研究对象，提出了对传统算法的改进——基于分块优先的遗传算法，该算法与传统的遗传算法和连续子载波优先的遗传算法优化算法（SCGA）相比，能够显著提高通信系统对频谱资源的利用率。经仿真验证，本文提出的算法在提升稀缺频谱资源利用率的同时能显著提升整体通信系统的吞吐量和抗干扰能力。关键词：认知无线网络，跨层优化，ad-hoc，NC-OFDM，遗传算法ABSTRACTInrecentyears,withtherapidgrowthofwireles

5、sservices,almostallusablefrequencieshavebeenoccupied.Meanwhile,FCC(2002)identifiesthatalargeportionofthelicensedspectrumsisunusedatanygiventimeandanylocation.Cognitiveradiooffersapossiblesolutiontoincreasethespectrumefficiency.Incognitivenetworks,thecognitivenodeiscapableofsensingthesurround

6、ingenvironmentandmakingcorrespondingchangesincertainoperatingparametersinrealtime.Firstly,wepresentthecognitivewirelessnetworkandcross-layeroptimizationtechniques.Then,weproposenewcross-layerarchitectureofcognitivewirelessnetwork,thearchitecturecanbeprovenpracticalandstable.Secondly,bymeanso

7、fstudyingphysicallayer,datalinklayerandthenetworklayer,thispaperfirstlyproposeanovelcross-layeroptimizationwhichisbasedonad-hoccognitiveradiophysical/datalinklayer/networklayerprotocol.Inordertomeasurethesystem'scommunicationscapabilitiesaccurately