认知中继网络动态资源分配问题研究

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1、—————————————————————认知中继网络动态资源分配问题研究—————————————————————ResearchonDynamicResourceAllocationinCognitiveRelayNetworks————————————作者姓名：杨伟伟专业名称：通信与信息系统指导教师：赵晓晖教授学位类别：工学博士论文答辩日期：2018年6月2日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席朱明研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所委员王宏志教授长春工业大学李元春教授长春工业大学韩太林教授长春理工大学刘云清教

2、授长春理工大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士（或硕士）学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的

3、法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士博士学科专业：通信与信息系统论文题目：认知中继网络动态资源分配问题研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址

4、（邮编）：吉林省长春市南湖大路5372号（130012）作者联系电话：18843109634摘要认知中继网络动态资源分配问题研究摘要随着智能终端设备的普及和数据业务量的爆发式增长，无线频谱资源需求越来越大。无线频谱是一种非再生资源，传统频谱资源固定划分的方式存在频谱资源利用率低的问题。认知无线电（CR,Cognitiveradio）是一种能够有效解决频谱资源短缺和频谱利用率低问题的智能无线通信技术。在认知无线电网络中同时存在主用户（授权频谱用户）和次用户（非授权频谱用户），且次用户可以在不影响主用户通信服务质量（QoS,Qualityofser

5、vice）的条件下共享主用户的频谱，从而提高频谱利用率。正交频分多址复用（OFDM,Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing）技术以其频谱利用率高、抗多径时延能力强和有效地消除符号间干扰等优势被应用到认知无线电网络中。在OFDM认知无线电网络中，次用户发射机根据周围设备反馈的信道状态信息，动态地分配子载波和功率来满足主用户对干扰门限的要求和次用户的业务需求。当次用户之间的通信距离远或者信道衰落严重时，次用户需要提高发射功率才能保证通信的可靠性，但此时也会对主用户带来严重的干扰。在认知无线电网络中引入协作中继

6、技术，可以扩展通信覆盖范围、提升频谱利用率和有效地解决通信距离远带来的发射功率大问题。但认知中继网络复杂的拓扑结构却给资源分配工作带来了巨大的挑战。考虑到认知中继网络现在面临的问题和未来的发展趋势，本文分别从信道状态信息不确定性、用户体验质量（QoE,Qualityofexperience）、能量效率和物理层安全几个方向对认知中继网络动态资源分配问题展开了研究，主要的工作和贡献如下：首先，现有认知中继网络资源分配问题的研究多数都是基于理想的信道状态信息，然而由于信道估计误差、量化误差和反馈时延等因素的影响，次用户发射机很难获得精确的信道状态信息

7、。为了克服信道状态信息不确定性的影响，本文在单主用户功率独立控制的认知中继网络中，以最大化次用户系统吞吐量为优化目标，提出了一种启发式鲁棒中继选择算法和最优的鲁棒功率分配算法。本文采用Worst-case鲁棒优化理论和拉格朗日对偶方法求解鲁棒功率分配问题，并推导得出了最优的功率分配解析解。本文通过理论分析说明了算法的有效性，通过仿真实验验证了所提鲁棒资源分配算法与理想信道状态信息下提出的非鲁棒资源分配算法相比，能够严格地保证主用户干扰门限的要求，但是需要付出一定的次用户系统吞吐量作为代价。随后，本文针对上述基于单主用户功率独立控制的认知中继网络

8、鲁棒资源分配算法做了如下改进：1）联合控制次用户发射机和中继节点发射功率，使次用户系统功率分I吉林大学博士学位论文配过程更加灵活；2）在主用户网络中部