認知中繼網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化分配算法研究.pdf

1、無線通信技術(shù)正朝著高頻譜利用率、高傳輸速率和寬網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方向持續(xù)發(fā)展，各種改善無線通信系統(tǒng)性能的新技術(shù)不斷出現(xiàn)，認知無線電技術(shù)和協(xié)作中繼技術(shù)就是其中兩種。認知無線電技術(shù)主要是通過頻譜感知和智能學(xué)習(xí)的能力來實現(xiàn)頻譜共享和動態(tài)頻譜分配，從而提高系統(tǒng)有限頻譜的利用率。協(xié)作中繼技術(shù)是指在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)中部署中繼節(jié)點，不僅可以顯著地提高單位頻譜上的頻譜效率，還可以擴大無線信號的覆蓋范圍。認知無線電網(wǎng)絡(luò)中引入中繼協(xié)作技術(shù)構(gòu)成一種新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)—認知中

2、繼網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)集認知無線電高效的動態(tài)頻譜利用特性和中繼通信的可靠性為一體，可以有效地提高系統(tǒng)性能，具有很大的應(yīng)用潛力。鑒于認知中繼網(wǎng)絡(luò)將會發(fā)展成為未來無線通信領(lǐng)域廣泛采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之一，實際應(yīng)用之前則很有必要對其理論進行深入的研究。
　　 本文研究了認知中繼網(wǎng)絡(luò)中的資源優(yōu)化分配問題。首先，研究了基于最大信道增益的中繼選擇方法，分析了不完全信道狀態(tài)信息(CSI，Channel State Information)和受主用戶干擾情況

3、下的認知中繼網(wǎng)絡(luò)中斷概率;進一步提出了在主用戶干擾約束和保證認知用戶的服務(wù)質(zhì)量(QoS，Quality ofService)條件下最大化認知中繼網(wǎng)絡(luò)頻譜效率的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，利用拉格朗日對偶松弛法獲得了該優(yōu)化問題的解，并分析了算法的收斂性，在保證主用戶傳輸質(zhì)量不受影響的前提下，提高了認知中繼網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。仿真結(jié)果表明本文提出的功率分配方案與等功率分配方案相比提高了性能增益，中斷概率顯著下降;同時表明在非完全信道條件下獲得的頻譜效率與完全

4、信道條件下的頻譜效率近似，但減少了系統(tǒng)信息的反饋量和實現(xiàn)的復(fù)雜度，有利于該方案的工程應(yīng)用。其次，針對基于中繼選擇和波束成形的認知中繼網(wǎng)絡(luò)，考慮主鏈路信道質(zhì)量的不同，提出了一種新的聯(lián)合期望信道、干擾信道和中繼節(jié)點剩余能量的中繼選擇策略，該策略可以避免過度使用信道條件好的中繼節(jié)點，平衡中繼節(jié)點間的能量消耗，同時可以減少對主用戶的干擾，延長整個網(wǎng)絡(luò)的生存時間。進一步提出了以最大化系統(tǒng)容量為目標的基于中繼選擇和波束成形的功率分配方案，首先求解出