认知中继网络的最优化功率分配研究

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1、学校代码10530学号201330111785分类号TU714；TP242密级硕士学位论文认知中继网络的最优化功率分配研究学位申请人彭海霞指导教师王仕果副教授学院名称信息工程学院学科专业电子与通信工程研究方向认知无线电二〇一六年五月二十八日ResearchonOptimalPowerAllocationinCognitiveRelayNetworkCandidatePengHaixiaSupervisorWangShiguo(AssociateProfessor)CollegeCollegeofInformationEngineeringProgramElectronicsandCom

2、municationEngineeringSpecializationCognitiveRadioDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDate2016-5湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：漸焉日期：知Ｓ月巧日豪学位论

3、文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子板，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可＾文将本学位论文的全記或前分内容萬入有关数据库、＝进行检索，可１＾采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论义涉密论文按学校规定处理。作者签名；日期：两／复月７＾＾日｜＾导师签名：曰期：心知６月么曰Ｍ巧摘要随着无线通信技术的飞速发展，无线数据业务不断多样化和宽带化，频谱资源变得越来越拥挤。目前所采用的传统静态频谱分配方案，使得频谱利用率不高，很多频谱资源被闲置或未被充分利用。认

4、知无线电技术具有自主寻找和使用空闲频谱资源的能力，有望解决频谱资源紧缺和频谱低利用率之间的矛盾。在认知无线电网络中，认知用户通过感知闲置的已授权频段，在不对授权用户造成破坏性干扰的前提下借用授权频段，能极大提高频谱利用率。另一方面，通过中继协作，能够将长距离路径分成多个短距离。在保证点到点通信质量不变的情况下，能减小信号的发射功率，从而降低用户之间的信号干扰。因此，将中继协作与认知无线电技术相结合，不仅能进一步提高频谱的利用率，而且能降低通信系统的功率消耗，以达到提高通信系统容量和绿色宽带通信的目的。本文以认知中继网络为研究背景，对系统中的最优化功率分配问题进行探讨，主要完成以下工作：

5、（1）针对单用户单中继认知网络，以中断概率最小化为优化目标，提出了一种最优化功率分配算法。该算法在保证授权用户的通信质量，且满足认知用户和认知中继自身发射功率的受限条件下，对认知中继系统进行功率分配以实现中断概率最小化的优化目标。首先，在认知用户的发射功率一定的条件下，使用KKT条件得到系统初步功率分配。然后，采用双向迭代搜索算法对初步功率分配进行调整达到对授权用户通信质量的保护，从而获得系统功率的最优分配。（2）针对多用户单中继的认知网络，以系统总功率最小化为优化目标，提出了一种最优化功率分配算法。该算法基于功率最小化等同于能效最大化原理，通过求取系统的最大能效从而实现系统最小功率的

6、优化目标。首先，通过比较认知源节点与认知中继、认知中继和认知目的节点之间的信道增益后，将认知系统分成两部分。然后，分别对这两部分进行求解。一部分通过赋予认知用户最大允许功率获得其最大能效，另一部分的系统功率最小化问题转换为通过KKT条件进行求解的认知源节点总功率最小化问题，从而获得系统功率的最优分配。（3）对上述所提算法进行数值仿真和性能评估。仿真结果验证了方案的正确性和有效性。关键词：认知中继网络；功率分配；中断概率；KKT条件；总功率最小化IAbstractWiththerapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnology,thegro

7、wingdiversityofwirelessdataservicesandbroadband,existingspectrumresourcesbecomemoreandmorecrowded.However,spectrumefficiencyisnothighbecauseofconventionalstaticspectrumallocation,alotofspectrumresourcesareidle.Cognitiveradio