论文部分内容阅读
无线频谱作为目前世界上最稀有珍贵的自然资源之一,由各国的无线电管理部门进行划分。伴随着服务质量需求提高与各种无线业务增加,这种静态的划分方式导致频谱资源显得十分匮乏,且大部分频段利用率低下。在这种情况下,如何提高频谱资源利用率成为迫在眉睫的问题。在现有的基础设施和技术条件下,认知无线电(Cognitive Radio,CR)的出现为提高频谱资源利用率带来了曙光,相关研究表明,结合认知无线电与动态频谱接入(Dynamic Spectrum Access,DSA)技术可大幅提升频谱利用效率。认知无线电提升资源利用率的本质就是如何更好地利用暂时未被授权用户占用的频谱资源。在已有的理论和文献成果中,一般先对系统进行数学建模,进而通过一系列策略或算法对目标优化函数求解,从而提升系统资源利用率。较新的研究成果表明,从联合维度(联合时域与频域、联合空域与频域、联合用户与信道等)对频谱进行分配,可更有效地利用频谱资源具有的多维性,提升系统效率。基于此,本文从联合多维角度对频谱资源进行了分析研究,提出了改进的带宽功率积(Bandwidth-Power Product,BPP)的度量标准对系统资源分配效率进行衡量,考虑了频谱资源在空域维度的复用。本文工作如下:(1)阐述了认知无线电与频谱资源分配优化的研究背景与意义,总结了联合频谱资源优化的研究现状。(2)针对动态频谱接入技术,详细阐述介绍了其趋势发展、技术特性、接入模型和面临的挑战。(3)改进了带宽功率积的资源度量标准,衡量了频谱资源在空域维度的复用对系统的增益,建立了系统资源分配模型,利用分解理论对优化目标分阶段求解,利用凸优化理论解决了单用户的最优分配,在多用户情况下,利用梯度下降法得到了最终的分配方案。仿真结果表明本文所提出的度量标准与算法在保证授权用户的通信质量前提下,提升了频谱效率。(4)在MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output)与CR结合场景下,研究了空间复用对系统效率的提升。建立了系统最优化求解模型,提出了波束选择与用户选择的阶段分配策略,首先选择最优的波束矩阵,接着确定要进行数据传输的特定的认知用户。仿真结果表明,本论文提出的分配策略在最大限度减小对授权用户的干扰的同时,最大限度地提高了系统吞吐量。