认知ofdm网络中资源分配问题的研究

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1、南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章认知无线网络与OFDM资源分配᜜ᵯ᛻〈)⚣⚣!⚣"#$▲&᳛ᑴ'(&⚣ᳮ*᡾,-ᓄ⍝⍝⚜ 图2-1Simon给出的认知环模型在这个“认知环”中，认知系统感知外部无线环境并相应地改变其频谱使用方式。认知用户借助认知无线电技术主动搜索频谱以寻找可用的频谱空洞，然后利用这些频谱空洞进行有效的通信;在通信过程中实时动态进行传输参数控制，避免与主用户形成干扰。认知无线电的主要任务包括无线频谱分析、信道识别、发射功率控制和动态频谱资源管理。通常前两项任务由接收机完成，最

2、后的任务由发射机完成，这三个任务就形成了一个认知过程，而本文的研究侧重于认知环的第三部分，即动态频谱资源管理。图2-2作为下一代网络xG的异构认知无线网络近年逐渐成为研究热点的认知无线网络（CognitiveRadioNetwork，CRN）是在认6南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章认知无线网络与OFDM资源分配[5]知无线电的基础上组建的，它根据网络架构、无线资源、系统设定等信息，对感知到的频谱空洞进行最佳利用，以最大限度地提高次用户网络的数据吞吐能力。图2-2给出了作为下一代网络（xG）认知无线网络的结构，它涵括了异构次用户网络对不同主用户网

3、络在不同授权频段上的动态接入。国内外已有的研究成果表明，认知无线网络具备极高的频谱使用效率，这将大大降低由于频段和带宽的限制对无线技术发展的束缚，代表着通信技术的新发展，成为国际上一项重要的研究课题。一些国际标准化组织正在制定相关标准和协议，以推动认知无线电技术的发展。例如：美国和欧洲颁布的DFS(DynamicFrequencySelection)政策允许[6-7]民用IEEE802.11通信设备使用5GHZ的军用雷达系统频段，实现频谱共享；美国联[8]邦通信委员会(FCC)专门成立了CR工作组，并为此修正了美国的《电波法》；IEEE协[9]会于

4、2004年成立了802.22工作组，给出了基于认知无线电的空中接口标准；国际电信联盟(ITU)和软件无线电(SDR)论坛也都正在制定认知无线电相关的技术标准。我国在国家中长期科学和技术发展规划重大专项“新一代宽带无线移动通信网”中，也将认知[10-12]无线电技术作为重要的研究内容，许多高校和科研院所已开始这方面的研究。认知无线网络设计的原则就是保护主用户网络的性能不受干扰。然而，当主用户QoS要求很高时，往往次用户的数据吞吐能力将明显下降，以致无法满足很多无线业务的通信要求，此时十分有必要通过次用户间或主次用户间的相互协作提高通信性能。最[13-

5、14]近，ICC和Globecom等本领域重要国际学术会议已有少量这方面的研究成果。文[13]献研究了基于主用户QoS保障的次用户协作通信问题，提出了认知无线网络环境下最佳次用户中继的选择，并给出了次用户发射机与最佳次用户中继间的最优功率分配算[14]法，以显著提高次用户的网络容量。文献则提出了一种协作中继方案CRS(CooperativeRelayScheme)以提高次用户的接收信干比，并给出了次用户间的一种机会频谱共享算法，仿真算法表明次用户信干比显著改善。2009年初，Qian等人在IEEEComm.Magazine[15]上就认知无线电网络

6、中的协作分集技术，进行了初步的研究报道，相关结果表明通过次用户间或主次用户间的相互协作，可以使整个系统获得空间分集和频率分集。2010[16]年初，文献提出了在认知无线网络中通过主次用户间协作交换信息，调整功率分配策略，最大化认知无线网络吞吐量的可行方法。认知无线电技术也常与近来较为热门的的协作通信相结合。协作分集作为一种新的空间分集技术，可通过多用户之间共享天线和其他网络资源的形式构造“虚拟多天线阵7南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章认知无线网络与OFDM资源分配列”，并通过分布式处理产生协作来获得一定的空间分集增益。Sendonaris、Er

7、kip、[17-25]Lanaman、Hunter等人的理论研究工作(如协作分集与网络容量和中断概率等系统性能的关系，放大转发、解码转发、编码协作等中继协作策略及其应用等等)为协作分集在无线通信中的广泛应用奠定了坚实的基础。2.1.2动态频谱资源管理总体上看，认知无线电频谱资源分配的技术主要涉及：基于OFDM的载波分配技[28]术、功率控制技术、自适应传输技术、博弈论等方面。一、基于OFDM的载波分配技术实际工作环境下，认知无线电感知到的无线频谱空洞资源通常是不确定和非连续的。需要对这些离散的频段进行整合并利用。OFDM被认为是最有潜力的用于认知无

8、线的物理层技术。OFDM技术的基本原理是从频域角度出发，通过傅立叶变换得到时域信号。OFDM具有自身的优势。首先可以灵活改