無線通信網(wǎng)絡(luò)中的資源分配與頻譜接入研究.pdf

1、隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展、IC產(chǎn)業(yè)的不斷進(jìn)步以及Internet的廣泛普及，隨時隨地向任何用戶提供任意方式的可靠的個性化服務(wù)成為無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的目標(biāo)。無線信道的傳輸特性以及頻譜資源的稀缺性與高速高服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求之間的矛盾對無線資源管理問題提出了新的挑戰(zhàn)。本文以無線網(wǎng)絡(luò)為背景，利用跨層設(shè)計的思想和認(rèn)知無線電技術(shù)，研究了無線網(wǎng)絡(luò)中的資源分配問題及頻譜接入問題，并在以下的四個方面進(jìn)行了深入地研究： 為了在無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中向各個上行及

2、下行鏈路上具有不同速率以及延時要求的多條數(shù)據(jù)連接提供QoS保障，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)中總的傳輸能耗，并獲取多用戶分集增益，本文研究了集中式的資源分配問題，并利用跨層設(shè)計思想，提出了一套面向連接的資源分配與QoS保障聯(lián)合算法。上述目標(biāo)被建模為接入控制，速率分配以及資源分配這三個子問題。來自物理層的信道狀態(tài)信息，來自媒體接入控制層的隊列狀態(tài)信息，來自應(yīng)用層的速率及延時請求信息在系統(tǒng)模型中得到了綜合地考慮。子問題可以分別通過貪婪算法及凸規(guī)劃算法順序地進(jìn)行

3、求解，從而得出每條數(shù)據(jù)連接上最優(yōu)的傳輸時隙及功率分配結(jié)果。與層次式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中的資源分配算法相比，該算法能夠更加有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。 為了在點到多點(Point to Multi-Point，PMP)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中，維持各個節(jié)點的傳輸頻率同步，本文基于POMDP模型提出了一種公共信道維護(hù)算法(Common Communication Channel Maintenance Algorithm,CCCMA)。該算法可以利用前

4、面各個時隙中的頻譜感知過程以及數(shù)據(jù)傳輸過程所獲得的信息，來指導(dǎo)當(dāng)前時隙的頻譜接入過程，從而在較小的硬件開銷下獲得較高的頻譜利用率。在此基礎(chǔ)上，為了將上述的集中式資源分配算法引入到認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，本文還提出了一種基于跨層設(shè)計思想的聯(lián)合頻譜接入及資源分配協(xié)議框架(Joint Spectrum Access and Resource Allocation，JSARA)。利用JSARA協(xié)議框架，可以在信道占用情況變化較快的認(rèn)知環(huán)境中，以較小的協(xié)議開

5、銷為中心式架構(gòu)的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)提供良好的Qos保障。 為了將認(rèn)知無線電技術(shù)引入到當(dāng)前已經(jīng)存在的無線網(wǎng)絡(luò)中，本文提出了一種混合拓?fù)涞恼J(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)?；谠摷軜?gòu)還研究了提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量的方法，建立了以最大化網(wǎng)絡(luò)中同時傳輸鏈路個數(shù)為目標(biāo)的規(guī)劃問題，并提出了一種次優(yōu)的信道、傳輸模式及傳輸功率聯(lián)合分配算法(Joint Channel,Mode and Power AllocationAlgodthm,JCMPA)來對該問題進(jìn)行快速求解。本文所

6、提出的混合拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一種以較低的硬件成本將認(rèn)知無線電技術(shù)引入現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)的有效解決方案，而JCMPA算法則可以充分發(fā)揮中心式認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的復(fù)用程度，提高頻譜的使用效率。為了在分布式認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中提供有效的頻譜接入機制，并提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能，本文提出了一種分布式的信道接入算法(Distributed Spectrum AccessAlgorithm for Cognitive Wireless Network，DSAC)，并給出了與之相