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多用户OFDM认知无线电系统中资源分配算法的研究

作　者: 杨炼
导　师: 全庆一
学　校: 北京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: OFDM 认知无线电动态资源分配塔木德公平分配零比特加载
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着无线通信技术的飞速发展,频谱资源变得越来越紧张。传统的静态的无线频谱管理方式使得部分频谱通常处于空闲状态,限制了频谱的使用效率。近几年提出的认知无线电技术旨在提高空闲频谱的利用率,满足日益增长的无线通信服务需求。认知无线电是一个能够感知外部环境的智能无线通信系统,它能够从环境中学习,并根据环境变化动态地调整其内部工作状态,例如,工作频率、发射功率、调制方式等,以有效利用空闲频谱,同时避免对授权用户的干扰。目前,利用认知无线电技术进行动态频谱接入有两种情况。一种是免执照(Unlicensed)的开放频段内动态共享该段频谱,如2.4GHz的无线局域网(Wireless Local Area Network, WLAN)和IEEE802.16h/g的无线城域网(Wireless Metropolitan Area Network, WMAN);另一种是择机(opportunistic)地使用已授权(licensed)给其他系统的频段,如IEEE 802.22无线区域网(Wireless Regional Area Network, WRAN),二级用户择机使用已授权于数字广播频谱。第二种方式涉及到对授权频段使用的感知以及对授权用户的干扰避免,是认知无线电的重点和难点。本文主要针对动态频谱接入的认知无线电系统中的关键技术之一——动态资源分配算法进行了较为深入的研究。首先分析了传统多用户OFDM系统中资源分配模型及相关算法,然后平滑过渡到多用户认知无线电系统资源分配模型和相关算法,具体内容如下：提出基于QoS的多用户OFDM认知无线电系统动态资源分配算法：分析了Qin Tao等提出的认知无线电系统模型,及基于贪婪算法得到的最小化发射功率、最小化二级用户对主用户的干扰和两者权衡选择得到的更优的公平资源分配算法。在此基础上,改进系统模型,考虑不同QoS业务：实时和非实时业务两类不同要求,提出了基于QoS和改进贪婪算法的最大化系统吞吐量算法,研究干扰门限、发射功率及系统吞吐量之间的变化关系。分析了犹太人法典《塔木德》中关于“三妻争产”问题与一般比例分配的不同之处,推导由三个用户到多个用户的塔木德公平分配算法,并考虑用于多用户认知无线电系统,提出基于用户申请的多用户OFDM认知无线电系统塔木德公平资源分配算法。研究了减少二级用户对主用户干扰问题,对主用户两侧的相关子载波进行零比特加载处理(subcarrier nulling),分析研究了功率一定,不同干扰门限下,针对主用户两侧的两个子载波,采取对零个、一个、两个子载波进行零比特加载处理,仿真给出了本文所提算法的系统吞吐量变化情况。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-22
  1.1 认知无线电相关概念  10-12
    1.1.1 认知无线电的提出背景  10
    1.1.2 认知无线电的相关术语  10-11
    1.1.3 认知无线电的定义及任务  11-12
  1.2 认知无线电的关键技术简介  12-17
    1.2.1 物理层关键技术  12-15
    1.2.2 介质访问控制层(MAC)关键技术  15-16
    1.2.3 网络层关键技术  16-17
  1.3 认知无线电的国内外研究现状及应用  17-19
    1.3.1 国内外研究现状  17-19
    1.3.2 认知无线电的应用  19
  1.4 本文研究内容及创新之处  19-20
  1.5 本文组织结构和章节安排  20-22
第2章传统多用户OFDM系统资源分配算法研究  22-30
  2.1 OFDM技术简介  22-25
    2.1.1 OFDM技术基本原理  22
    2.1.2 OFDM相关概念  22-24
    2.1.3 OFDM系统设计  24-25
  2.2 多用户OFDM系统资源分配算法  25-29
    2.2.1 多用户OFDM系统资源分配模型  25-26
    2.2.2 最优多用户OFDM系统资源分配  26-27
    2.2.3 多用户OFDM系统资源分配算法概述  27-29
  2.3 本章小结  29-30
第3章基于QoS的多用户OFDM认知无线电系统资源分配算法研究  30-42
  3.1 引言  30-31
  3.2 自适应技术和跨层设计的应用  31-33
    3.2.1 自适应技术介绍  31
    3.2.2 跨层设计原理介绍  31-32
    3.2.3 物理层与MAC层联合优化  32-33
  3.3 研究问题描述与分析  33-35
  3.4 系统模型和算法描述  35-39
    3.4.1 现有认知无线电系统资源分配算法介绍  35-36
    3.4.2 系统模型的提出  36-37
    3.4.3 基于QoS的OFDM CR系统资源分配算法描述  37-39
  3.5 实验设计和结果分析  39-41
  3.6 本章小结  41-42
第4章基于用户申请的认知无线电系统塔木德公平资源分配算法研究  42-50
  4.1 引言  42
  4.2 塔木德公平分配原理  42-44
    4.2.1 塔木德公平分配介绍  42-43
    4.2.2 塔木德公平分配推广到多个用户的算法介绍  43-44
  4.3 系统模型及算法描述  44-46
    4.3.1 系统模型的提出及问题描述  44-45
    4.3.2 算法描述  45-46
  4.4 仿真结果分析  46-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章总结和展望  50-52
参考文献  52-54
致谢  54-55
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  55

多用户OFDM认知无线电系统中资源分配算法的研究

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