認知無線網(wǎng)絡鏈路初始化控制與資源優(yōu)化分配研究.pdf

1、隨著無線通信技術的快速發(fā)展以及無線業(yè)務的不斷涌現(xiàn)，使得日益增長的頻譜資源的需求與當前固定頻譜分配低效率之間的矛盾越來越尖銳。此時，認知無線電技術作為一種解決不斷增長的頻譜需求問題以及提高頻譜利用率的最有潛力的技術應運而生。其中從用戶通過感知和檢測周圍頻譜的使用情況，在不影響主用戶通信質(zhì)量的前提下，機會式地使用授權頻段，從而極大程度地提高頻譜資源利用率。除此之外，認知無線電技術也是下一代異構無線網(wǎng)絡得以共存的關鍵技術，為移動用戶和服務提供

2、商智能有效地管理網(wǎng)絡提供了可能。本學位論文首先針對認知無線網(wǎng)絡鏈路初始化控制進行了分析研究，主要包括了初始鏈路的建立以及分布式頻譜接入控制問題。其次研究了認知無線MESH網(wǎng)絡中的資源跨層優(yōu)化分配問題。主要從以下幾個方面展開深入研究，概括如下：
　　 研究了基于跳頻的認知無線網(wǎng)絡初始鏈路建立問題。首先，針對基于單跳頻思想的初始鏈路建立問題進行了分析，討論了在沒有公共控制信道情況下，如何快速有效地在收發(fā)端從用戶之間完成初始鏈路的建立

3、，同時最大限度地提高所建立的初始鏈路的穩(wěn)定性?；谏鲜龇治鼋Y果以及從用戶所獲得的各個信道的活動規(guī)律，提出了基于自適應跳頻的初始鏈路建立機制并給出了兩種有效的啟發(fā)式算法。其次，研究了基于組跳頻的初始鏈路建立問題。分析討論了基于組跳頻初始鏈路建立方法的建鏈成功概率以及平均所需嘗試次數(shù)。通過對收發(fā)兩端從用戶選擇信道的數(shù)目進行優(yōu)化，使得在滿足不同系統(tǒng)要求的情況下，收發(fā)兩端從用戶盡可能使用最少的信道數(shù)目完成初始鏈路的建立。除此之外，在可用信道數(shù)目

4、趨于無窮的情況下，證明了當收發(fā)兩端從用戶選擇信道數(shù)目滿足一定條件時，其初始鏈路建立的成功概率將趨近于1。同時也給出了在滿足系統(tǒng)平均嘗試次數(shù)限制的情況下，收發(fā)兩端從用戶選擇信道的數(shù)目所必須滿足的條件。最后通過仿真結果證明了即使在可用信道數(shù)目較小的情況下，上述結論依然成立。
　　 研究了基于從用戶QoS要求的認知無線網(wǎng)絡分布式頻譜接入控制問題。首先，針對認知無線蜂窩網(wǎng)絡中的分布式頻譜接入進行了分析，討論了在滿足對主用戶通信質(zhì)量進行保

5、護以及從用戶各自QoS要求的前提下如何通過合理有效的功率控制最大化系統(tǒng)的從用戶接入數(shù)目?？紤]到上述約束，實際系統(tǒng)不可能始終滿足所有從用戶的QoS要求，為了最大化系統(tǒng)的從用戶接入數(shù)目必然有一個或者多個從用戶需要退出。因此提出了一種基于逐步退出策略的分布式頻譜接入機制最大化系統(tǒng)的從用戶接入數(shù)目，同時給出了兩種具體的分布式頻譜接入算法。其次，考慮了認知無線網(wǎng)絡分布式頻譜接入中一個特殊的問題，即在新的從用戶頻譜接入的過程中如何保證已接入從用戶的

6、QoS不會低于其最低門限。研究了如何在滿足對主用戶通信質(zhì)量以及已接入從用戶QoS保護的前提下，通過設計合理的分布式頻譜接入策略最大化系統(tǒng)的從用戶接入數(shù)目。通過巧妙地設計分布式功率控制策略對已接入從用戶和未接入從用戶分別采用不同的功率控制策略從而實現(xiàn)對已接入QoS進行保護，同時配合引入的干擾溫度報警機制使得從用戶不會對主用戶的通信質(zhì)量帶來影響。除此之外，基于上述結果以及檢測節(jié)點是否具有集中控制功能，分別提出了兩種具體的分布式頻譜接入方法。

7、
　　 研究了認知無線MESH網(wǎng)絡的資源跨層優(yōu)化分配問題。首先，基于填充式的頻譜接入方式，在給定用戶傳輸數(shù)據(jù)量需求以及用戶可用頻譜資源有限的情況下，通過將頻譜資源分配、路由和調(diào)度聯(lián)合考慮進行跨層優(yōu)化，從而最小化系統(tǒng)的工作時間。針對此優(yōu)化問題，提出了一種基于列生成技術的資源優(yōu)化分配算法。其次，基于襯墊式的頻譜接入方式，研究了在滿足主用戶干擾溫度約束的情況下，如何通過聯(lián)合優(yōu)化各個鏈路的傳輸速率、發(fā)送功率以及子信道等資源最大化系統(tǒng)的吞