頻譜資源自優(yōu)化分配算法的研究.pdf

1、制約無線通信技術應用和發(fā)展的無線頻譜資源緊缺問題是亟待解決的難點問題，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;(3)算法效率和算法復雜度之間的矛盾難以調和，導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)絡系統(tǒng)頻譜資源自優(yōu)化問題，目標是找到適應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)化達到提高系統(tǒng)整體效率的目的。在分布式網(wǎng)絡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，提出了基于認知的納什博弈新模型，通過賦予用戶認知預測的能力，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雜的問題，繼承了傳統(tǒng)納什博弈結構簡單和斯塔克伯格博弈效率高的優(yōu)點，為頻譜資源優(yōu)化問題的研究提供了理論基礎。
　　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，運用提出的認知納什博弈模型，解決了分布式網(wǎng)絡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.研究了認知無線電系統(tǒng)的頻譜資源優(yōu)化問題，基于認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)學解析的方法設計了分布式最優(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的魯棒性。
　　論文以所提出的認知納什博弈模型為基礎，圍繞提高無線頻譜資源利用效率的目標，設計了多信道多用戶干擾信道模型的頻譜資源自優(yōu)