基于变分不等式的多认知中继OFDM系统资源分配优化

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1、中图分类号UDCTN92539硕士学位论文学校代码密级10533基于变分不等式的多认知中继OFDM系统资源分配优化ResourceAllocationOptimizationUsingVariationalInequalityinOFDM--BasedCognitiveRadioSystemswithMultipleRelays作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：论文答辩日期丝丝：全堑武颖异信息与通信工程认知无线协作通信信息科学与工程学院彭军教授答辩委员会中南大学2013年5月原创性声

2、明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢旷的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：亟塑虽日期：竺!堕一年上月旦日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公

3、布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。日期：!!兰年二月一Z．-O日基于变分不等式的多认知中继OFDM系统资源分配优化摘要：如何高效地使用有限的网络频谱和节点能量提高系统传输效益，已成为多认知中继OFDM系统面临的首要挑战。然而传统的资源分配通常针对传统网络中的单一资源，且对于干扰约束的考虑不够完善。为此引入基于变分不等式的资源联合优化模型，在主用户干扰约束下，进行

4、中继的选择，并对认知源、中继进行子载波选择和功率分配的联合优化。本文以用户传输效益最大化为目标，对多认知中继OFDM系统最佳中继的选择和资源联合优化两个关键技术进行研究。首先，为了解决多认知中继OFDM网络中继节点负载不均衡造成对主用户的干扰问题，提出一种基于信噪比(SNR)与干扰商的最佳中继选择机制。针对CR网络建立最佳中继选择系统模型。预先确定主用户干扰阈值，保证节点传输不会对主用户产生干扰；设定中继链路SNR阈值，保证协作传输质量，从而得到最佳中继可选集合；建立中继链路SNR与干扰商的数学表达式，作

5、为选择最佳中继的判断依据。在此基础上利用总SNR的累积分布函数，推导出中断概率和平均误码率的闭合表达式，对中继选择机制进行性能分析。其次，针对多认知中继OFDM系统中不同节点对频谱和A日匕lY．,量的竞争与合作关系，提出一种基于变分不等式的资源联合优化算法。考虑直接链路和中继链路的同时传输，采用等效信道增益将协作中继系统简化为非中继系统；针对多种约束下的多用户认知OFDM系统，建立非合作博弈模型；引入价格机制，将耦合约束下的非合作博弈问题转换为分布式问题；利用梯度函数的单调性和雅可比矩阵的对称性，采用变分

6、不等式理论对纳什均衡解的存在性和唯一性进行了数学证明，验证了算法的收敛性。通过构造拉格朗日函数，设计基于分布式迭代注水算法的子载波选择与功率分配联合优化机制。最后，利用MATLAB仿真工具对多认知中继OFDM系统的中继、子载波和功率分配的特性等方面进行性能评估，验证所提的多认知中继OFDM系统的最佳中继选择机制和资源分配优化算法的有效性。关键词：多认知中继OFDM系统；变分不等式；最佳中继选择；资源分配优化分类号：TN925；39IIResourceAllocationOptimizationUsingV

7、ariationalInequalityinMultiuserOFDM—BasedCognitiveRadioSystemswithMultipleRelaysAbstract：Duetothespectrumscarcityandenergyconstraintofthenodes，howtoemployspectrumandenergyefficientlyhasbecomeaprimarychallengeformultiuserOFDM—basedcognitiveradio(CR)systems

8、withmultiplerelays．Asingleresourceallocation(RA)isoftenusedintraditionalRAschemes，whichmayignoretheinterferencetemperaturelimit．Toimprovetheresourceutilization，OFDM-basedjointRAoptimizationmodelisoftenemployed．111er