认知网络中基于资源分配的能量消耗研究

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随着现代信息社会的飞速发展,无线通信和现代社会的信息化渗透了人们生活的每一个角落。同时也伴随着新的问题出现,即无线通信过程中的能耗过高,碳排放量不断增加,导致温室效应更加严重和无线通信频谱资源无法满足人们的需求等问题。为了解决无线通信网络中能量消耗过高的问题,本文利用认知无线电(Cognitive Radio,CR)技术和多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术结合的多用户认知无线MIMO网络中,提出了“最佳时间&多用户共享”资源分配方法并与时分-码分多址(Time Division Multiple-Code Division Multiple Access,TDM-CDMA)技术结合,进行并行的分配时间资源给各认知用户组,达到了降低能量消耗的目的。在本文中,主要以达到降低多用户认知MIMO网络中的能量消耗的目的,结合CR技术和MIMO技术,构建了多用户的认知MIMO网络系统,在此认知MIMO网络的基础上利用TDM-CDMA技术,提出了一个有效的给多用户并行分配时间的方法——最佳时间&多用户共享方法。这种方法将系统中的时间资源划分为等间隔的时间片,根据一定的规则选出一组次用户,共享这部分时间资源和同一部分频谱资源,使共享这部分时间资源和频谱资源的次用户组的认知用户总能量与其他认知用户占用这部分时间资源和频谱资源的认知用户总能量达到最小。本文在解决分配系统资源分配的过程中,首先在认知MIMO网络中结合TDM-CDMA技术,建立了并行分配时间资源的系统模型,并且可以发现建立的此模型为一个无法直接处理的非凸性问题。其次根据传统的注水算法和SDP松弛方法将这个非凸性的系统问题转化为只关于时间片为变量的可直接处理的凸优化问题。然后通过分析此优化模型,利用传统的贪婪算法将系统的时间资源进行了两步分配—最小化初始分配和最佳时间资源分配,通过这种分配规则保证网络中主用户质量服务需求的同时最小化认知网络中的总能量消耗最小化。最后通过实验仿真并与前人的串行分配方法比较,本文提出的最佳时间&多用户共享方法可以进一步优化系统的能量消耗。
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