基于感知的认知无线电系统中功率分配策略的研究

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近年来,随着无线通信技术的飞速发展,频谱稀缺问题日益凸显出来。认知无线电作为一种能够智能感知周围无线环境特征,适时的调整其设备参数,在不影响授权用户正常通信的前提下允许认知用户接入授权频带,能够大大提高频谱利用效率和系统容量的动态频谱接入技术,受到越来越广泛的关注。利用认知无线电技术如何给认知用户分配功率,使其既可以最大化认知系统的收益,又能保护授权用户可以高效通信不被严重干扰,这逐渐成为当前的研究热点之一。综合上述情况,本文主要做了以下工作。一、考虑到在认知用户一帧持续过程中授权用户的状态可能随时变化,提出了一种新的功率分配模式——四状态功率分配策略,研究了授权用户活跃性对认知系统性能的影响,并与传统模型的情况进行了分析对比。在传统的频谱感知模型中,假设授权用户的状态是固定不变的,换句话说,就是在认知用户一帧持续时间内,授权用户只能是忙碌或空闲状态。但是,实际场景中授权用户的状态可能会随时发生改变,尤其是授权用户活跃性比较高或是认知系统一帧持续时间比较长时,授权用户状态变化的概率就越大。基于上述情况,本文在基于感知的频谱共享接入模型中,以认知系统的吞吐量为目标函数,得出了认知用户感知过程的四种状态,分别分配以三种不同的功率。仿真结果表明新模型认知系统的吞吐量与授权用户的活跃指数有关,当授权用户活跃指数高时,所提新模型的功率分配策略要优于传统方法。并且分析了认知用户接收端授权用户的信噪比对最优感知时间和系统吞吐量的影响。二、考虑到无线通信系统中移动终端的电池容量有限,现在的电池技术不能满足功率消耗的剧烈增长,为提高认知无线电系统的能量效率,避免功率浪费,本文提出了一种新的性能衡量标准——有效吞吐量收益。在基于感知频谱共享模型的基础上以有效吞吐量收益为目标函数,设计了认知用户的传输策略,并研究了认知用户在不同环境下功率传输最优策略的选择问题。基于这一标准,认知用户充分利用其感知结果和感知精确性,适时的调整其传输策略,通过速率和功率分配的联合优化,最大化认知用户的有效吞吐量收益。仿真结果表明,所提标准的能量效率比传统标准的能量效率有明显提高,有效地缓解了信息传输过程中的能量浪费。
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