分布式CR系统能效与谱效联合优化的功率分配算法研究-电子与通信工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者： 日期： 年 月 日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州 大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学 位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑 州大学。必威体育官网网址论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者： 日期： 年 月 日 摘要 摘要 摘要 近年来，随着移动互联网对各个行业的渗透，全球移动用户对移动数据流量 及宽带业务的需求急剧增加。频谱资源短缺、宽带需求飞速增长以及能量消耗 带来的环境问题等是未来无线通信面临的严峻挑战。为了高效利用有限的频谱 资源，满足人们对真正宽带生活的追求，实现未来无线通信的可持续发展，认 知无线电和多天线技术成为国内外研究的热点。利用这些技术，通过在“用户 域”、 “时域”、“频域”和“空域”对无线资源进行优化配置，可以达到提高 通信系统频谱利用率和延长设备使用寿命等目的。本文通过能量效率和频谱效 率的优化，对分布式认知无线电网络“频域”、“空域”以及“用户域”的功率 控制问题进行了深入研究。主要工作如下： (1) 研究了多信道异构式认知无线电网络中功率与速率的联合优化问题。针 对不同类别用户业务需求的差异性，通过设置业务优先级，将异构式认知无线 电网络中的授权系统与认知系统的主从关系建模为 Stackelberg 博弈。理论证明 了授权系统和认知系统纳什均衡和市场均衡的存在性和唯一性，并提出了基于 市场竞争的多信道异构式认知网络功率与速率的联合优化分布式算法。仿真结 果表明，提出的算法通过动态的子信道管理、功率和速率联合控制，能够使多 信道异构式认知无线电网络中授权系统和认知系统快速收敛，满足不同类别用 户对不同业务类型的需求，有效地提高频谱资源的利用率。 (2) 针对完美信道状态信息下认知系统多用户 MIMO 干扰信道中的能量效 率（能效）优化问题，建立非合作博弈模型来追踪多用户的策略变化。首先理 论证明了纳什均衡的存在性并给出了保证纳什均衡唯一性的充分性条件。其次 将多目标分式优化问题通过恒等变形为等式优化问题。根据原始分解方法去除 所有认知用户由于干扰阈值限制而产生的耦合关系。接着，针对该多目标多限 制条件的优化问题，通过对限制条件引入变量因子，利用拉格朗日方法将其转 化为不含有限制条件的多目标优化问题。然后，利用矩阵分解理论将该不含有 限制条件的多目标优化问题进行矩阵化简，求解出其功率值。最后，通过对变 量因子进行迭代，对优化问题进行分层求解，并提出一种分布式能效优化算法 达到基于能效最大化的纳什均衡。理论分析和仿真结果表明，所提算法和最大 化系统谱效的算法相比，能够获得更高的能效性能。 I (3) 在干扰温度阈值和最大发射功率限制条件下，考虑信道估计误差的影响， 针对多用户认知无线电 MIMO 干扰信道系统中非完美信道状态信息(CSI)下能效 优化问题，构建为多认知用户能效优化的非合作博弈模型，并提出一种基于预 编码技术的多用户 CR MIMO 干扰信道系统能效优化方案。仿真结果表明，以能 效作为优化目标，通过预编码技术降低非完美 CSI 的影响，可以显著提高非完 美 CSI 下系统的能效。 关键词：多用户认知 MIMO 干扰信道；博弈论；功率与速率联合优化；能效优 化；预编码 II Ab Abstract Abstract Recently, with the wideband service requirements of global mobile users dramatically increasing, the global mobile data traffics explosive grow. Meanwhile, the next generation wireless communications is also facing daunting challenges: scarcity of limited spectrum resources, the rapid growth in wideband demanding and energy