认知无线电网络功率分配算法研究

作     者：冯大春 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯文江

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

主      题：认知无线电 认知无线电网络 功率分配 能量效率 非合作博弈 

摘      要：认知无线电是一种能够根据所处通信环境自适应调整和重构工作参数的智能频谱共享系统,认知用户以机会方式或通过严格控制发射功率接入分配给主用户的授权频谱,只要对主用户造成的干扰低于容限。在认知无线电网络中,无线资源管理(RRM)单元承担接入控制、信道分配、频谱切换和功率控制等功能,旨在合理分配传输功率,高效利用无线频谱。为了保证主用户对频谱资源的使用优先权和正常通信,必须对认知用户执行严格的传输功率控制,功率分配是认知用户共享主用户授权频谱的关键之一。本文研究认知无线电网络功率分配算法,针对基于underlay共享的认知无线电网络,研究结合用户公平性和优先级的最优功率分配算法;鉴于在无线通信系统中能量效率(EE)和频谱效率(SE)的关联性,应将其联合优化,针对基于hybrid共享的认知无线电网络,研究基于传输功率和干扰功率约束的能效功率分配算法。(1)underlay频谱共享模式是一种干扰受限的频谱共享模式,允许认知用户与主用户共存于相同频谱,但不允许超过主用户干扰容限。在underlay认知无线电网络中,由于主用户干扰容限是对所有认知用户增加共同约束,但各认知用户可能具有优先级,且行为自私。为此,提出一种基于非统一定价的功率分配算法,考虑认知用户存在优先级差异,采取非统一定价机制来减少均衡数量,让优先级更高的认知用户获得更大的传输速率;导出了该算法能获得唯一均衡点的充分条件;对算法的性能进行了仿真分析。(2)hybrid频谱共享模式是一种underlay和overlay交织共享模式,根据频谱感知结果,当主用户存在时,采用underlay模式,通过控制发射功率,减小对主用户产生的干扰;当主用户空闲时,切换到overlay模式,以提高频谱利用率。在hybrid认知无线电网络中,分别针对主用户平均功率约束和峰值功率约束,研究能效-谱效均衡的功率分配算法,将信号处理电路功耗作为总功耗的一部分,首先建立主用户平均干扰功率约束和峰值干扰功率约束下的优化模型,采用加权求和法将优化问题的多个目标函数转化为目标函数加权求和形式,基于次梯度法迭代进行功率分配。分别就频谱感知性能、不同类型CSI以及认知用户传输功率约束对系统能效和谱效的影响进行了仿真分析。