NC-OFDM系統(tǒng)導(dǎo)頻優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、非連續(xù)OFDM(NC-OFDM)是IEEE802.22標(biāo)準(zhǔn)中物理層的主要數(shù)據(jù)傳輸模式。與傳統(tǒng)的OFDM技術(shù)相比，其可用予載波具有非連續(xù)分布的特點，這給它的各種關(guān)鍵技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)。導(dǎo)頻設(shè)計是決定應(yīng)用于CR的NC-OFDM系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一，NC-OFDM系統(tǒng)的本質(zhì)雖然是OFDM，但是由于NC-OFDM可用頻譜的非連續(xù)和動態(tài)變化特性，所以已有的面向固定使用頻譜的OFDM系統(tǒng)的研究成果不能夠照搬使用，需要對其進(jìn)行必要的改進(jìn)、完善和創(chuàng)新

2、。傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)中的等功率等間隔導(dǎo)頻序列是最優(yōu)的，但在NC-OFDM系統(tǒng)中，由于可用頻譜的非連續(xù)性，以及為保證授權(quán)用戶(PU)干擾容限所引起的各子載波/子信道上的功率限制，應(yīng)用于NC-OFDM系統(tǒng)的最優(yōu)導(dǎo)頻的功率和位置均呈現(xiàn)非均勻分布的特點。獲取子載波非連續(xù)及子載波功率受限情況下NC-OFDM系統(tǒng)的最優(yōu)導(dǎo)頻設(shè)計規(guī)則，能夠降低導(dǎo)頻設(shè)計的計算復(fù)雜度，適應(yīng)認(rèn)知NC-OFDM系統(tǒng)導(dǎo)頻圖案需要動態(tài)變化的要求，并最大化地改善系統(tǒng)誤碼率性能。

3、r>　　 本文以凸優(yōu)化理論為工具，對NC-OFDM系統(tǒng)的導(dǎo)頻優(yōu)化設(shè)計問題進(jìn)行研究。主要包括以下三個方面:
　　 1.采用凸變換方法研究NC-OFDM系統(tǒng)導(dǎo)頻優(yōu)化設(shè)計問題;
　　 NC-OFDM系統(tǒng)導(dǎo)頻最優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型中，由于優(yōu)化變量取值集合的非連續(xù)性，導(dǎo)致該優(yōu)化問題是一個非凸優(yōu)化問題，無法通過數(shù)值計算的方法獲得最優(yōu)解，必須尋求某種凸映射的方法解決上述非凸難題，才能利用成熟的凸優(yōu)化工具對導(dǎo)頻設(shè)計的可行解進(jìn)行深入的研究

4、。
　　 首先建立NC-OFDM系統(tǒng)導(dǎo)頻設(shè)計的多目標(biāo)優(yōu)化問題，分別在單PU和多PU通信環(huán)境提出解決導(dǎo)頻優(yōu)化設(shè)計非凸問題的凸變換方法，從而可以采用凸優(yōu)化工具研究NC-OFDM系統(tǒng)的導(dǎo)頻優(yōu)化設(shè)計。這也是以后各章導(dǎo)頻優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)。除此之外，本章針對單PU通信環(huán)境提出適合NC-OFDM系統(tǒng)的一種次優(yōu)導(dǎo)頻圖案設(shè)計;然后分析多PU通信環(huán)境NC-OFDM系統(tǒng)載波功率分布特點，提出基于重要導(dǎo)頻的次優(yōu)導(dǎo)頻設(shè)計。
　　 2.研究子載波功率

5、受限的導(dǎo)頻位置優(yōu)化設(shè)計問題;
　　 當(dāng)不同SU短距離通信時，一般只需對發(fā)射信號進(jìn)行小功率放大即可滿足信道傳輸要求，此時發(fā)射信號處于系統(tǒng)中功率放大器的線性區(qū)，不需要考慮HPA非線性帶來的失真。因此理想HPA特性下NC-OFDM系統(tǒng)的導(dǎo)頻優(yōu)化設(shè)計要滿足子載波總功率限制條件，以及子信道的功率分布限制，以保證自身系統(tǒng)的高性能和PU通信的可靠性。本文首先建立認(rèn)知NC-OFDM系統(tǒng)PU干擾溫度分析模型，并把PU干擾溫度限制轉(zhuǎn)化為子信道發(fā)射功

6、率限制;在此基礎(chǔ)上，建立滿足子載波總功率限制以及子信道功率限制條件下的功率分配最優(yōu)化問題，運用Lagrange乘子法得到其最優(yōu)解，即同時滿足PU通信可靠性和SU自身性能要求的最優(yōu)子載波/子信道功率分布;然后，建立子信道功率受限的導(dǎo)頻位置優(yōu)化問題，并對該優(yōu)化問題進(jìn)行松弛求解，從理論上推導(dǎo)出最優(yōu)導(dǎo)頻位置與子載波功率的關(guān)系式、不同導(dǎo)頻位置距離的函數(shù)關(guān)系以及初始導(dǎo)頻的選擇規(guī)則。所得結(jié)論可用于解決子載波功率受限時的最優(yōu)導(dǎo)頻位置選擇問題。
　

7、　 3.研究HPA非線性干擾受限的導(dǎo)頻位置優(yōu)化設(shè)計問題。
　　 當(dāng)不同SU遠(yuǎn)距離通信或信道較差時，往往需要對發(fā)射信號進(jìn)行大功率放大以滿足系統(tǒng)性能的要求。此時動態(tài)范圍較大的NC-OFDM信號經(jīng)過HPA后將產(chǎn)生嚴(yán)重的帶內(nèi)失真和帶外頻譜泄露，影響自身性能，并對PU造成嚴(yán)重干擾。此時NC-OFDM系統(tǒng)的導(dǎo)頻設(shè)計需要考慮HPA非線性的影響。
　　 首先建立NC-OFDM系統(tǒng)帶外功率泄漏和PU頻帶干擾功率的數(shù)學(xué)模型，定量計算NC-

8、OFDM系統(tǒng)中HPA非線性引起的PU頻帶干擾，并建立以PU頻帶干擾功率等于PU干擾容限為目標(biāo)函數(shù)的一個非線性規(guī)劃問題，通過優(yōu)化求解得到PU干擾容限與HPA非線性參數(shù)、保護(hù)載波數(shù)量、PU頻帶占用率之間的約束關(guān)系，稱此約束關(guān)系為HPA非線性干擾限制;然后推導(dǎo)導(dǎo)頻輔助非線性信道估計的MSE閉合式，并建立滿足HPA非線性干擾限制的導(dǎo)頻優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型;最后運用數(shù)值分析的方法得到HPA非線性干擾限制下的最優(yōu)導(dǎo)頻位置。
　　 本文從NC-O