無線區(qū)域網(wǎng)中資源分配策略研究.pdf

1、近年來，隨著各種無線應(yīng)用的迅速增加，對頻譜的需求量越來越大。頻譜屬于不可再生資源，現(xiàn)有頻譜早已經(jīng)劃分完畢，分配給具有授權(quán)的用戶使用。研究表明，現(xiàn)有頻譜的利用率很低。為了提高現(xiàn)有頻譜的利用率，認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)運而生。通過實時監(jiān)測周圍電磁環(huán)境，當(dāng)授權(quán)用戶不使用頻譜時，認(rèn)知用戶可以與授權(quán)用戶共享頻譜。
　　 無線區(qū)域網(wǎng)是世界上第一個利用認(rèn)知無線電技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)，旨在為農(nóng)村地區(qū)提供通信服務(wù)。IEEE于2004年11月成立了802.22工

2、作組，為無線區(qū)域網(wǎng)研發(fā)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。無線區(qū)域網(wǎng)采用正交頻分復(fù)用接入，可以機會利用處于甚高頻和特高頻的電視頻段。這一頻段的授權(quán)用戶主要是數(shù)字電視廣播臺、模擬電視廣播臺和以無線麥克風(fēng)為代表的低功率輔助設(shè)備，無線區(qū)域網(wǎng)在不影響授權(quán)用戶的前提下使用電視頻段。
　　 典型的無線區(qū)域網(wǎng)由基站和若干個用戶駐地設(shè)備組成。與現(xiàn)有的IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的顯著區(qū)別是無線區(qū)域網(wǎng)的基站覆蓋范圍很大，有效全向輻射功率為4瓦特時，典型覆蓋為33千米，如果對發(fā)射功

3、率放寬限制，其最大可覆蓋100千米的范圍。這篇論文主要研究無線區(qū)域網(wǎng)中的資源分配策略，所取得的主要研究成果為：
　　 1.研究了無線區(qū)域網(wǎng)單小區(qū)中的資源分配問題。無線區(qū)域網(wǎng)物理層采用正交頻分復(fù)用接入技術(shù)，無線資源可從時域和頻域劃分，時域可分為若干個時隙，頻域上可分為由采用正交頻分復(fù)用技術(shù)的子載波組成的若干個子信道。文中用BIN來表示可租借給認(rèn)知用戶的最小時頻單元。將一個基站、多個用戶之間的時頻資源分配建模為拍賣市場，運用改進(jìn)的第

4、二價格拍賣機制解決這種“一對多”環(huán)境下的資源分配問題?；就ㄟ^設(shè)置合適的保留價格來降低用戶之間的串謀行為給自身收益帶來的損失。仿真結(jié)果表明了該方法的可行性。
　　 2.研究了無線區(qū)域網(wǎng)多小區(qū)中的頻譜分配問題。無線區(qū)域網(wǎng)多小區(qū)中，多個基站和多個認(rèn)知用戶共存，基站可以將空閑頻段出租給認(rèn)知用戶以獲得額外收益；同時，認(rèn)知用戶希望獲得空閑頻譜的授權(quán)以完成自己的通信目標(biāo)，這同樣可以為認(rèn)知用戶帶來一定收益。為了解決這種“多對多”環(huán)境下的頻譜分

5、配，文中將基站與認(rèn)知用戶之間的頻譜共享建模為連續(xù)雙向拍賣市場，買賣雙方均采用基于模糊邏輯的報價策略以最大化頻譜利用率。
　　 3.在考慮無線區(qū)域網(wǎng)與無線麥克風(fēng)之間的共存問題前提下，研究了無線區(qū)域網(wǎng)單小區(qū)中下行鏈路的子信道分配。在保護(hù)低功率輔助設(shè)備的前提下，文中給出了一種更為準(zhǔn)確和實際的無線區(qū)域網(wǎng)與無線麥克風(fēng)共存模型，這個模型可以增加電視頻段的空間利用率。在共存模型的基礎(chǔ)上，將無線區(qū)域網(wǎng)單小區(qū)中下行鏈路的子信道分配建模為一個非線性

6、的混合整數(shù)規(guī)劃問題，這個問題是NP難的。為了實時求解，采用了圖論中的匈牙利算法。Matlab仿真表明，所述方法在求得問題的最優(yōu)解的同時，大大降低了計算開銷。
　　 4.考慮認(rèn)知用戶與無線麥克風(fēng)共存的前提下，研究了無線區(qū)域網(wǎng)多小區(qū)上行鏈路功率與信道的聯(lián)合分配問題。在文中第四章基礎(chǔ)之上，給出了一個更準(zhǔn)確也更為實際的認(rèn)知用戶與無線麥克風(fēng)共存模型。在共存模型基礎(chǔ)上，將功率與信道的聯(lián)合分配建模為勢博弈。給出了干擾最小化的用戶效用函數(shù)和博弈

7、的勢函數(shù)，并證明了所給博弈是精確勢博弈。
　　 5.研究了雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)的中繼選擇問題。在有兩個源節(jié)點多個中繼、基于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中，文中給出了一種中繼選擇方案。所給的中繼選擇方案可以選出能夠最大化容量區(qū)域瓶頸的中繼節(jié)點。證明了所給出的中繼選擇方案能夠最小化中斷概率，因此所給方案可以作為衡量其他基于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的中繼選擇方案性能的基準(zhǔn)。推導(dǎo)了所給中繼選擇方案中斷概率的閉式解并證明了所給方案可以達(dá)到滿分集階數(shù)。仿真結(jié)