頻譜資源自優(yōu)化分配算法的研究.pdf

1、制約無線通信技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的無線頻譜資源緊缺問題是亟待解決的難點(diǎn)問題，主要表現(xiàn)為:(1)需求量大造成的頻譜資源短缺;(2)不合理分配造成的頻譜資源浪費(fèi);(3)算法效率和算法復(fù)雜度之間的矛盾難以調(diào)和，導(dǎo)致頻譜資源利用效率低下。緩解資源緊缺問題的有效途徑就是提高頻譜資源的利用效率，然而目前高效率的頻譜資源優(yōu)化算法多為集中式的，需要知道大量的信道信息，計算量大，復(fù)雜度高，而分布式的頻譜資源優(yōu)化算法往往效率較低。針對這一問題，本文研究了多用戶無

2、線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)頻譜資源自優(yōu)化問題，目標(biāo)是找到適應(yīng)于非合作分布式干擾信道的更加簡單和高效的功率分配辦法。
　　通過無需幫助和協(xié)作的方式競爭資源，正成為頻譜資源利用發(fā)展的方向。自優(yōu)化的方法就是在沒有中心節(jié)點(diǎn)幫助，缺少用戶之間相互協(xié)作的條件下，用戶僅通過測量觀察自己信道狀態(tài)，就能夠預(yù)測系統(tǒng)中其它用戶將來可能采取的行動，由單個用戶對各自通信速率的優(yōu)化達(dá)到提高系統(tǒng)整體效率的目的。在分布式網(wǎng)絡(luò)用戶難以獲得所有的信道信息的情況下，自優(yōu)化的方法是進(jìn)行

3、頻譜資源分配的重要手段，具有重要的理論意義和實際的應(yīng)用價值。論文主要創(chuàng)新性工作如下:
　　1.研究了適合于解決資源優(yōu)化問題的納什博弈模型和斯塔克伯格博弈模型，提出了基于認(rèn)知的納什博弈新模型，通過賦予用戶認(rèn)知預(yù)測的能力，解決了傳統(tǒng)納什博弈效率低下和斯塔克伯格博弈計算復(fù)雜的問題，繼承了傳統(tǒng)納什博弈結(jié)構(gòu)簡單和斯塔克伯格博弈效率高的優(yōu)點(diǎn)，為頻譜資源優(yōu)化問題的研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　2.研究了多信道多用戶干擾信道模型的頻譜資源優(yōu)化問

4、題，運(yùn)用提出的認(rèn)知納什博弈模型，解決了分布式網(wǎng)絡(luò)中用戶難以獲取全局信道信息的問題，提出了多信道多用戶干擾信道模型的分布式頻譜資源自優(yōu)化算法，算法僅需要局部的觀測信息就可以實現(xiàn)用戶通信速率最大化，仿真驗證了所提的算法較前人算法有更好的收斂性，能夠達(dá)到更高頻譜資源利用效率。
　　3.研究了多天線多信道多用戶干擾信道模型的頻譜資源優(yōu)化問題，將基于認(rèn)知納什博弈的多信道多用戶干擾信道模型的頻譜資源自優(yōu)化算法應(yīng)用于多輸入多輸出的多天線系統(tǒng)，提

5、出了兩種分布式多天線系統(tǒng)的頻譜資源自優(yōu)化算法，仿真驗證了所提算法可以讓用戶速率隨天線數(shù)量呈線性增長，充分發(fā)揮出多天線系統(tǒng)理論上的優(yōu)越性。
　　4.研究了認(rèn)知無線電系統(tǒng)的頻譜資源優(yōu)化問題，基于認(rèn)知納什博弈模型和帶限制條件的注水算法，提出了兩種適用于認(rèn)知無線電系統(tǒng)的頻譜資源自優(yōu)化算法，算法可以使次用戶自動避免使用主用戶占用的信道資源，同時次用戶之間又可以充分公平而且高效地競爭資源。
　　5.針對無線通信用戶之間干擾的問題，用線性

6、規(guī)劃的理論設(shè)計了帶限制條件的迭代注水算法，算法可以減少甚至避免用戶之間的干擾，從而提高系統(tǒng)的通信速率和頻譜資源的利用效率。針對多輸入單輸出的干擾信道模型，用數(shù)學(xué)解析的方法設(shè)計了分布式最優(yōu)迫零算法，算法只需要知道局部的信道信息，通過固定長度的信道訓(xùn)練，就可以解析出最優(yōu)迫零向量，同時算法對信道誤差有極強(qiáng)的魯棒性。
　　論文以所提出的認(rèn)知納什博弈模型為基礎(chǔ)，圍繞提高無線頻譜資源利用效率的目標(biāo)，設(shè)計了多信道多用戶干擾信道模型的頻譜資源自優(yōu)