认知无线电网络的功率分配方案研究

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1、分类号：TN929.5单位代码：10183研究生学号：2013522044密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）认知无线电网络的功率分配方案研究StudyonPowerAllocationSchemesforCognitiveRadioNetworks作者姓名：张树英专业：通信与信息系统研究方向：认知无线电网络资源分配指导教师：赵晓晖教授培养单位：通信工程学院2016年6月—————————————————————认知无线电网络的功率分配方案研究—————————————————————StudyonPowerAllocationSchemesforCognitiveRad

2、ioNetworks作者姓名：张树英专业名称：通信与信息系统指导教师：赵晓晖教授学位类别：工学硕士答辩日期：2016年06月05日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论交书面版本、电子版本的任何单位巧个人，均不得对本论文．的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明，本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发

3、表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体。，均已在文中Ｗ明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期＇；如＾年Ｘ月乂曰认知无线电网络的功率分配方案研究摘要随着社会的不断发展，无线通信在人们高标准快节奏的生活中占据的地位愈发重要。各种无线通讯设备使用量的快速增长使得无线电频谱资源变得日渐紧缺，而认知无线电(CR,Cognitiveradio)技术的提出给未来无线通信的发展带来了一缕曙光。CR是基于用户分级的一种高效利用频谱资源的智能无线通信技术。在其网络中存在两种用户类型，即主用户（PU,Primaryuser

4、）（授权用户）和次用户（SU,Secondaryuser）（认知用户或非授权用户）。SU在不影响PU正常传输的前提下，通过调整通信参数来机会接入网络完成通信，实现两类用户间的频谱共享，从而提高无线电频谱的利用效率。频谱感知和功率控制是CR网络中的两个关键技术。认知用户通过相应的频谱感知技术对所处环境的频谱资源情况进行判决分析，以期尽可能地挖掘出可利用的通信机会。根据频谱感知结果，功率控制技术通过调整SU发射机的发射功率来满足SU的通信需求，同时对PU干扰进行必要地限制。本论文就是围绕上述问题进行了详细研究，并重点针对CR网络功率分配问题提出了几种实现方案，主要工作如下：1)为避

5、免传统凸优化方案对所求问题形式要求严格的缺点，本文研究了基于人工智能算法的CR网络功率分配方案。针对正交频分复用（OFDM,Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing）网络中PU和SU并行频带上共存的通信模型，考虑各PU所提出的干扰温度（IT,Interferencetemperature）约束及SU发射功率约束，提出了基于人工鱼群（AFS,Artificialfishswarm）算法的功率分配方案。在分析了传统AFS算法的优缺点及其他智能算法特点后，进一步提出了基于改进人工鱼群（IAFS,Improvedartificialfishswar

6、m）算法的CR网络功率分配方案。通过与其他算法的仿真结果对比，本文所提方案无论是运行速度还是通信性能都具有显著的优越性。2)考虑传统IT约束对PU保护有限且缺少实际获得方式的问题，本文从研究新约束条件角度出发，提出了两种基于新约束条件的功率分配方案，即基于主用户传输速率（PDR,Primarydatarate）约束的CR网络功率分配方案和基于主用户超时概率（PTP,Primarytimeoutprobability）约束的CR网络功率分配方案。考虑实际通信环境中信道参数的不确定性问题，进一步引入了鲁棒优化理论，将基于名义参数模型的功率分配方案转化成为鲁棒优化问题，以实现参数摄动

7、下的ISU间通信。考虑现代社会对绿色节能通信的需求，本文采用了以CR网络的能效（EE,Energyefficiency）为优化目标来进行SU的功率分配。此外，本文还讨论了各新约束条件与传统IT约束条件间的关系，给出了一种IT约束阈值的获得方式。3)为解决以往功率分配中瞬时信道状态信息（CSI,Channelstatusinformation）不易获取的限制及传统频谱感知中二值判决对PU情况分析不完全的问题，本文在有限信道反馈技术和多值感知技术的启发下，提出了一种基于主用户端量化信息的CR网络