关于ofdm的认知无线电资源分配算法的研究

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1、南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论W1W2频谱空洞频谱空洞频谱空洞151015202530图1.1主用户活动频带、频谱空洞和OFDM子信道CR中的可用频带通常情况下是分段的不连续的，OFDM技术具有随时加载和卸载单个子载波的能力，适用于CR动态频谱分配的场合。基于OFDM的CR系统可以通过机会式的占用空闲频带子载波，根据子载波信道情况和干扰情况，综合应用动态子载波分配、自适应子载波功率分配、自适应调制编码等自适应技术，形成优化的自适应传输方案，自适应地调整系统工作参数，从而使系统达到最佳的工作状态，提高频谱资源利用

2、率和系统性能。基于OFDM的CR系统可以在充分利用当前可用频带实现认知用户通信的同时保证授权用户的通信不会受到损害。1.2研究内容CR技术的实现需要重点研究解决以下三个方面：（1）无线场景分析，主要工作有无线传输环境分析和频谱空洞检测等；（2）信道识别，主要工作有信道状态信息估计以及信道容量[4]预测等；（3）动态频谱管理和发射功率控制。由于CR技术的引入，子载波和功率分配的研究提出了新问题，与传统无线通信相比，主要存在两个问题：（1）对主用户的干扰功率必须控制在特定门限下，（2）要考虑可用频带的时变性以及保证认知用户的

3、服务质量（QoS）。为了让认知用户共享主用户的频谱资源，同时还不影响主用户的通信，认知用户需要监测并控制其对主用户产生的干扰在一个可以接受的水平下，FCC频谱策略任务组提出了“干[9]扰温度”的概念来衡量这个干扰水平。主用户的干扰温度限制其实就是主用户能够承受最大干扰功率水平，若认知用户使用主用户频带产生的总干扰功率能够控制在该门限下，那么认知用户就可以使用主用户频带。衰落环境下，认知用户的信号可能在经历了深度衰落后在主用户接收机端的功率非常低，因此，认知用户除了可以利用频谱空洞，还可以机会地共享主用户的活动频带，只要保

4、证其在主用户的接收机端产生的总干扰功率在特定的干扰功率门限下。认知用户与主用户的频带共享方式有两种，一是利用主用户频谱中的空闲频带和活动频带，该方式称为侵略式共享，二是利用主用户频谱中的空闲频带，即认知用户只利用频谱[10]空洞通信，该方式称为保守式共享。2南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论认知用户共享主用户频带主要产生两种干扰，一是认知用户与主用户间的邻信道干扰，二是当认知用户使用主用户活动频带时二者之间的共信道干扰。由于子载波间的正交性，认知用户的载波间干扰（ICI）可忽略，而主用户的信号可能不是OFDM信号，

5、那么与主用户频带相邻的认知用户OFDM信号旁瓣会对授权用户频带产生邻信道干扰，与认知用户频带相[8][11]邻的主用户信号也会对认知用户频带产生邻信道干扰。本文主要研究适用于基于OFDM的认知无线电保守式频谱共享的动态资源分配方案，包括单认知用户场景下的资源分配方案和多认知用户场景下的子载波、功率分配方案。对于单认知用户场景，主要研究如何在可用频带的子载波上进行功率分配；对于多认知用户场景，主要研究如何在多个认知用户间分配可用频带的子载波及其上的功率。1.3研究意义基于OFDM的认知无线电系统可以通过机会式的利用空闲频带

6、子载波，根据子载波信道情况和干扰情况，综合应用动态子载波分配、自适应子载波功率分配、自适应调制编码等自适应技术，形成优化的自适应传输方案，自适应地调整系统工作参数，从而使系统达到最佳的工作状态，提高频谱资源利用率和系统性能。能够在充分利用当前可用频带实现认知用户通信的同时保证授权用户的通信不会受到损害。因此非常有研究意义。1.4论文内容安排本文主要研究基于OFDM的认知无线电的资源分配算法，全文分为六章，各章内容安排如下：第一章，介绍本文的研究背景，研究内容及意义。第二章，介绍认知无线电的概念、模型以及关键技术，分析OF

7、DM技术在CR中的适用性，以及基于OFDM的CR系统结构和需要解决的关键问题。第三章，主要研究基于OFDM的CR单认知用户资源分配算法，首先介绍了本文研究基于的频谱模型和资源分配的优化目标，然后从最大化认知用户传输速率的角度研究了单认知用户资源分配方案，给出了一种改进的简单相对代价贪婪比特加载功率分配方案，并对各个资源分配方案进行了仿真分析。第四章，主要研究基于OFDM的CR多认知用户资源分配算法，从最大化所有认知用户总传输速率的角度研究了可用资源在多个认知用户间的分配，主要研究了贪婪方法以及考虑公平性的资源分配方案，对

8、各分配个方案仿真分析，进而研究了简单相对代价贪婪比特加载3南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论方案在多用户可用资源分配场景下的应用和性能。第五章，基于最大化所有认知用户总传输速率的目的，提出了一种多用户多干扰限制次优资源分配策略，通过把主用户的干扰功率限制转化为多个认知用户分别能够产生的最大干扰功率，实现可用资源