认知ofdm无线网络动态资源分配研究

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1、认知OFDM无线网络动态资源分配研究　　【摘要】认知无线电技术是解决目前频谱资源匮乏的首选方案之一，与正交频分复用系统的有机结合广受关注。为了充分有效地利用有限的频谱资源以及发射功率，有效缓解目前频谱资源紧缺的现状，通过对认知正交频分复用系统的频谱共享策略、单播多播、保证公平性、基于中继辅助等方面进行归纳分析，介绍了不同的资源分配方法，研究了认知正交频分复用无线网络动态资源分配问题的研究现状，着重分析了各方法的优缺点，并设想和展望了今后该领域的热点研究问题。　　【关键词】认知无线电OFDM系统Overlay模式Underlay模式　　1引言　　目前

2、，随着无线设备、服务和资源的增加，无线通信系统对传输速率的要求越来越高。认知无线电技术为提高频谱利用率提供了可行途径，近年吸引了越来越多的关注[1]，已成为解决频谱资源匮乏、频谱资源利用率低等一系列问题的首选方案之一。　　认知无线电（CognitiveRadio，CR）是由Mitola博士于1999年提出的[2]。认知通信可以被形象地表示为一个“认知环”14，如图1所示。首先，由认知用户进行频谱的感知，通过控制信道上传感知数据，融合中心对接收的信息进行频谱分析、决策，并通过控制信道发放分配信息，认知用户用分配到的可用信道（成为数据信道）通信，并与无

3、线环境交互，称之为一次完整的认知环流程，它是认知无线网络工作的基本单元。认知无线电的原理可被概括为“机会式频谱接入”，即主用户（PrimaryUser，PU）（获得频段授权的用户）对频谱拥有优先使用权，可随时使用频谱。拥有一定认知能力的认知用户寻找主用户暂时空闲的频谱波段，即“频谱空洞”，通过“机会式”接入的方式使用主用户暂未使用的授权频段，使得授权频谱被“二次利用”。该方法提高了频谱利用率，缓解了频谱供需矛盾。　　OFDM技术是一种实用的多载波调制技术，它的优点在于灵活性、抗干扰性、抗衰落能力强，信道利用率高。OFDM技术将整个频段划分为多个可以

4、进行独立调制和解调、每个占据很小频段的子载波，通过这种方法，它可以为资源分配提供更细的粒度，因此得到众多科研工作者的肯定。OFDM系统的特点和优势可以很好地与认知无线电的技术特性有机地结合起来，进一步提高频谱效率。因此形成基于OFDM的认知无线网络，一个典型的认知OFDM无线网络系统模型如图2所示。认知OFDM无线网络可以大大提高CR用户的体验质量，因此吸引了许多科研工作者的兴趣。　　2频谱共享策略　　在CR系统中，频谱的共享策略是一个重要的问题。近年的研究中，有Underlay模式和Overlay模式两种方法被提出[3]。Underlay模式为了

5、不在PU的接收器引入某些干扰，对CR用户发射器强加了限制传输功率的约束[4-6]。而Overlay模式则利用了PU的频谱空穴，使得CR用户可以在频谱空穴中传输数据[7-8]。与Underlay模式相比，Overlay模式能达到更高的数据率和更为灵活的控制。14　　Kyuho等[4]在基于Underlay模式下，研究了针对单播的认知OFDM资源分配。李等人[5]从公平、低复杂度的角度出发，为基于Underlay模式的认知OFDM系统，提出了一种多用户资源分配算法。Soltani等人[6]研究了基于Underlay模式的认知OFDM系统的机会约束资源分

6、配问题，并利用伯恩斯坦近似和凸优化理论提出了一个资源分配方案，采用CBS和PU之间的统计CSI来实施资源分配算法。以上研究均未考虑基于Overlay模式的认知OFDM系统。　　Zhang等人[7]在单用户场景下，研究了基于Overlay认知OFDM的动态资源分配问题，使频谱效率最大化，但不太适合多用户场景。Xu等人[8]研究了基于Overlay的认知OFDM系统的机会约束资源分配问题，并考虑了中断概率约束条件。　　Du等人[9]研究了认知无线电的频谱共享，通过Underlay与Overlay两种方式的有机结合，提高了频谱的利用率。　　3认知OFDM

7、无线网络动态资源分配研究现状　　目前，认知OFDM无线网络动态资源分配问题的优化目标大致分为系统容量最大化、频谱效率最大化、能耗最小化、分配最公平等。已有许多学者对认知OFDM无线网络动态资源分配算法进行深入研究。　　3.1基于单播和多播的资源分配　　近年来，针对认知OFDM无线网络单播资源分配已有不少研究文献。但研究成果很难在与单播的本质完全不同的多播场景下发挥作用。　　（1）单播资源分配14　　在目前认知OFDM无线网络单播资源分配中，大多数的研究成果没有考虑小区之间的互相干扰，而建模为单小区场景[7，10]。Bansal等人[10]以系统容量

8、最大化为优化目标，提出了针对单小区单播资源分配的最优和次优的功率分配算法。Zhang等人[7]从最大限度提高频谱效率的角度