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70000字论文范文认知正交频分复用无线系统自适应资源分配原则的探讨

论文类型:论文范文
论文字数:70000字
论点:TD-SCDMA,系统,算法
论文概述:

在认知 OFDM 无线电系统动态资源分配中,根据认知无线电技术的特点和OFDM 技术的传输特性,结合一系列的自适应传输技术,通过灵活地分配子载波,将一些不连续和不规律的频谱资源进行再次

论文正文:

第一章论述了课题

1.1
的研究背景和意义现代社会已经进入信息时代,通信技术发展迅速。其发展趋势是将各种服务整合到一个网络中,如为移动用户提供语音通信、网页浏览、电子邮件、文件传输、便携式计算机数据通信、数据库访问等各种服务。目前,随着对无线通信服务需求的快速增长,可用频谱资源变得越来越稀缺。人们通过采用先进的无线通信理论和技术,如链路适配技术和多天线技术,尽最大努力提高频谱利用效率,但同时他们发现全球许可频带的利用率极低,特别是信号传播特性更好的低频带。以美国为例。联邦通信委员会(FCC)的大量研究报告指出,频谱的利用极其不平衡,一些未经许可的频带占据了拥挤的空间,而一些经许可的频带通常是空空闲的[1]。认知无线电(认知无线电)作为一种更加智能的频谱共享技术,可以依靠人工智能的支持来感知无线通信环境,根据一定的学习和决策算法实时自适应地改变系统的工作参数,动态检测并有效利用空空闲频谱,理论上允许时间、频率和空 [2]之间的多维频谱复用。该技术大大降低了频谱和带宽对无线通信技术发展的限制,有望成为未来最热门的无线通信技术之一。
在无线信道中,无线传输环境的复杂性使得无线信道可变,不同的子信道会遭受不同的衰落,进而具有不同的传输能力。因此,如何根据渠道的变化分配资源就变得尤为重要。与FDMA、时分多址和码分多址等传统传输技术相比,正交频分复用技术可以灵活分配子载波,同时可以利用时间、频率和空三种分集效应来提高系统性能,在下一代通信[3-4]中具有广阔的应用前景。在认知无线电系统中,主要用户使用的频带不是固定的分配,而是随机变化和不连续的。然而,正交频分复用技术可以自适应地分配频带并控制在频带上分配的功率,充分利用信道资源,因此正交频分复用技术易于与认知无线电系统[5】。
通过灵活调整发射功率和调制方式,一级用户和二级用户可以在同一个频带上工作,两者互不干扰,即二级用户对一级用户的干扰控制在一定的阈值之下,这样二级用户的信号也可以在接收端检测到,满足不同类型用户正常通信的要求。另一方面,在现代无线通信中,许多用户需要实现各种服务,不同的服务代表不同的传输速率要求。因此,在自适应动态资源分配优化问题中,必须考虑每个用户的传输速率来优化系统性能,同时确保具有不同需求的用户能够达到各自所需的速率,这从根本上说是一个基于服务质量(QoS)的资源分配问题。因此,在此阶段,根据不同类型的用户、不同的业务、不同的服务质量要求以及子信道的瞬时特性,动态分配子信道和发射功率,可以达到充分利用信道资源、提高频谱效率和优化系统性能的目的。这使得多用户认知正交频分复用系统成为一个具有服务质量保证的系统。本研究具有广阔的前景和现实意义。

1.2无线通信技术的发展
在过去的几十年中,由于科学技术的进步,例如先进的数字信号处理技术和超大规模集成电路的产生,无线通信技术发展迅速。蜂窝无线通信系统是最成功的无线通信应用之一,目前在世界各地拥有数十亿用户。蜂窝的概念最早是由贝尔实验室发明的,并在1970年得到广泛认可。随着无线信号强度随着传输距离的增加而逐渐降低,有限的无线频率可以在空之间重复使用,以覆盖人口密度高的区域[6]。自从蜂窝移动通信系统出现以来,无线通信技术经历了不同的演进过程[7]。
第一代蜂窝移动通信系统是美国的高级移动电话系统,部署于1980年。放大器工作在干扰受限的环境中。它依靠频率复用规划(特定区域的传播特性)和频分多址(FDMA)来提高容量,并采用模拟调制(调频)技术。类似的模拟移动通信系统是英国的电子TACS系统,它也是一个模拟移动通信系统,部署在欧洲[8]。这一时期的移动通信系统随着技术的进步不断完善,但仍存在频谱利用率低、容量有限等明显缺陷。系统太多,彼此不兼容,不利于漫游,限制了用户的覆盖范围。提供的服务类型有限,数据信息无法传输。很快,第一代蜂窝移动通信系统达到了最大容量,不能满足移动用户日益增长的需求。20世纪90年代初,窄带码分多址蜂窝移动通信系统被引入美国,第一代无线通信系统被淘汰。
第二代无线通信系统采用数字调制技术,可以以较少的投资获得较高的无线通信容量。由于频谱接入技术的不同,已经产生了三种2G无线通信技术标准,即欧洲的全球移动通信系统和美国的信息系统-95和信息系统-136。为了满足日益增长的数据速率需求和支持新的应用,2G技术得到了修改和补充,并提出了新的以数据为中心的标准。这些标准代表2.5G技术,即GSM标准下的GPRS系统、EDGD系统、IS-95标准下的IS-95 HDR系统和IS-136标准下的IS-136 HS系统[9]。第三代无线通信系统包括三个技术标准:CDMA2000、时分同步码分多址和WCDMA。美国和韩国采用CDMA2000技术,中国采用时分同步码分多址技术,WCDMA技术主要部署在欧洲。
与主要提供低速数据服务和语音服务的第二代移动通信相比,第三代移动通信技术可以提供互联网接入等数据速率要求更高的服务。第三代通信技术的载波调制方案是码分多址技术[10]。这种调制方案具有灵活的数据速率、高的多径容限和较高的频谱利用率。即使在高速的[,第三代移动通信速率在室内也能达到2Mbps、步行384kbps和144kbps。

1.3无线通信系统中的资源分配技术……13-14
1.4正交频分复用系统中自适应资源分配算法的研究现状……14-16
1.4.1单用户正交频分复用系统算法研究现状……14
1.4.2多用户正交频分复用系统算法的研究现状……14-16
1.5本文的主要内容和研究成果……16
1.6本文内容安排在……16-19
第二章对正交频分复用技术基础的认识……19-29
2.1无线传输环境……19-20
2.2认知无线电概述……20-21
2.3……21
2.4正交频分复用概述……21-25
2.5正交频分复用关键技术……25-26
2.6认知正交频分复用无线电系统模型……26-29
第三章认知正交频分复用系统自适应资源分配……29-39
3.1适应性技术的理论基础……29
3.2系统型号……29-31
3.3基于随机接入准则的典型正交频分复用自适应资源分配算法……31-37 [/BR/] 3.3.1优化目标函数……31-32
3.3.2注水算法……32-34
3.3.3李算法……34
3.3.4 RHEE算法……34-35[/溴/] 3.3.5申算法……35-37
3.4概述……37-39
第4章认知正交频分复用系统的改进自适应资源分配算法……39-51
4.1系统型号……39-42 [/BR/] 4.1.1网络模型……40-41 [/BR/] 4.1.2优化模型……41-42
4.2基于公平阈值和干扰阈值的分配算法……42-50[/比尔/] 4.2.1副载波分配算法……43-46 [/BR/] 4.2.2功率分配算法……46-50
4.3总结第五章中的模拟试验结果……50-51
并分析……51-57
主用户上的5.1个子载波……51-52
5.2具有不同公平性阈值的下一用户的系统容量……52-53 [/BR/] 5.3具有不同干扰阈值的下一用户的系统容量……53-54[/比尔/] 5.4用户容量比例特征……54-55
5.5概述……55-57

全文摘要和前景

6.1全文摘要
在认知正交频分复用无线系统的动态资源分配中,根据认知无线电技术的特点和正交频分复用技术的传输特性,结合一系列自适应传输技术,通过灵活分配子载波,可以通过重新整合一些不连续和不规则的频谱资源,并根据一定的公平原则将频谱资源分配给不同需求的用户,实现认知无线电资源的合理分配和充分利用。传统正交频分复用系统中的动态资源分配主要遵循两种不同的优化标准:一种是余量自适应优化问题,即在给定误码率和用户速率要求的情况下,使总发射功率最小化;另一个是速率自适应优化问题,该问题在给定误码率和总功率需求的情况下最大化总传输速率。然而,目前经典的基于随机接入的自适应资源分配算法没有考虑二次用户对一次用户的干扰,不能有效地应用于认知正交频分复用无线系统。针对当前无线通信的发展趋势和资源分配算法中存在的问题,提出了一种基于RA准则的认知正交频分复用无线系统自适应资源分配策略。该算法保证了二级用户对一级用户的干扰功率被限制在一级用户可容忍的最大干扰阈值内,满足不同用户的服务质量要求,优化了系统性能。计算机仿真结果也验证了该算法的可行性和有效性。

6.2前景
在认知正交频分复用系统自适应资源分配算法的研究过程中,我们发现大多数算法都假设已知的信道状态信息。事实上,由于无线通信系统的时变性,信道条件变化很快,使得基站获得的信道状态信息具有一定的传输延迟,并产生估计偏差。因此,如何减少一些假设,使算法的计算复杂度足够低,以满足未来研究过程中的实时性要求,并努力接近真实的通信环境,是下一步应该考虑的研究问题之一。另外,在资源分配过程中采用公平阈值和干扰阈值,这两个参数的设置都是经验值。因此,如何更准确地设置参数,提高算法的性能也是进一步研究的重点。