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1、摘要摘 要现如今无线通信的技术发展的越来越火热，但同时也会面临这样的问题：频谱的资源变得也来越少。以前处于静态的无线频谱管理的方式会让一些频谱常常处于一种空闲的状态。这些常常处于空闲的状态会限制频谱利用率。如果长时间这样，则会影响频谱的利用率，造成频谱资源的浪费。主要的目的是为了提高频谱的利用率，人们于是提出认知无线电的思想。在基于认知无线电的基础上发展正交频分复用可以降低总的发送功率，由串行的高功率变成多个并行的子载波低功率发送。首先，这篇文章介绍了认知无线电产生的背景和两个对认知无线电的概念的解释，认知无线电特点当中的认知能力更够感应外部环境的检测，分析频谱和对频谱的判定。其次，就OFDM
2、的认知无线电频谱感知做出了一些研究，通过搭建感知的系统模型，研究其功能等特点。对于认知无线电OFDM系统资源分配算法，本节通过简单的介绍了Wong算法、最小容量最大化算法、RA算法、迭代注水算法等，需要找一种多用户资源分配算法当中的最优算法。本章节仿真采用的是典型的迭代注水算法，得出的结论是这个算法的主要是能够实现使功率最小或者速率的最大化。关键词：认知无线电；OFDM；多用户；注水算法IIAbstractAbstractNow the technology of wireless communication is developing more and more hot, but at th
3、e same time, it also will face the problem: the resources of the spectrum become more and less. Before the static wireless spectrum management approach will let some spectrum is often in an idle state. These are often idle and limit the spectrum utilization. If this is long, it will affect the utili
4、zation of the spectrum, resulting in the waste of spectrum resources. The main purpose is to improve the utilization of the spectrum, people then put forward the idea of cognitive radio. The development of the orthogonal frequency division multiplexing based on the cognitive radio can reduce the tot
5、al transmission power, and transmit the high power from serial to multiple parallel sub carriers with low power.First, this article introduced explained the background of cognitive radio and two of cognitive radio concept, cognitive radio characteristics of cognitive capacity enough induction of the
6、 external environment detection, analysis of spectrum and the spectrum determination. Secondly, some research is made on the cognitive radio spectrum of OFDM, and the features of the cognitive radio spectrum sensing system are studied.For cognitive radio OFDM resource allocation algorithm, in this s
7、ection, through simple introduced Wong algorithm, minimum capacity maximization algorithm, RA algorithm, iterative water filling algorithm and need to find a multiuser resource allocation algorithm for the optimal algorithm. This chapter uses a typical iterative water injection algorithm, and the co
8、nclusion is that the algorithm can achieve the maximum of the minimum power or rate.Keywords: cognitive radio; OFDM; multiuser; water flooding algorithm目录目录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1认知无线电的提出11.1.1认知无线电产生的背景11.1.2 认知无线电的相关专业术语11.2认知无线电21.2.1 认知无线电定义21.2.2认知无线电的特点21.3认知无线电的使用领域和关键技术31.3.1认知无线电的技术应用31.3.2
9、认知无线电的关键技术介绍41.4 本章小结62 OFDM系统的研究82.1 OFDM的简介82.1.1 OFDM的产生背景82.1.2 OFDM的概念82.1.3 OFDM系统原理82.2 OFDM的系统设计92.2.1串/并变换92.2.2 OFDM系统中DFT的实现102.2.3 保护间隔和循环前缀的技术102.2.4 RF调制122.3 OFDM系统的优缺点132.4 OFDM系统的关键技术142.5 OFDM系统用户资源分配算法的研究152.5.1单用户比特分配算法152.5.2多用户子载波和比特分配法162.6 本章小结193 认知无线电OFDM系统多用户资源分配算法的研究213.1
10、 OFDM系统中多用户自适应分配问题模型213.2 OFDM系统中的Wong自适应分配算法233.2.1 Wong算法简介233.3典型多用户OFDM系统的RA算法273.3.1 容量最大化算法273.3.2 最小容量最大化算法273.3.3比例速率限制下容量最大化算法283.4具有分配公平性的多用户自适应分配算法293.4.1速率比例固定的多用户自适应分配算法303.4.2单用户功率分配313.4.3多用户之间的功率分配323.5本章小结344 CR-OFDM迭代注水算法354.1 系统模型354.2子载波的分配算法374.3功率分配算法374.3.1 注水算法374.3.2 约束注水算法3
11、84.3.3仿真结果与分析394.4本章小结40结论41参考文献43 1 绪论1.1认知无线电的提出认知无线电1是一项有关在认知无线网络中能够提高频谱利用率的关键技术。认知无线电通过检测哪里会有空闲的频谱，感知后就会给认知无线网络提供一些基本的频谱信息。并且会随着周围环境的变换会对发射参数等数字进行适当的修改。本节将对认知无线电产生的背景以及概念进行简单的介绍。1.1.1认知无线电产生的背景近几年当中，随着时代的进步，现代的科技也是越来越进步，如今是信息的时代，但是现代的频谱资源是越来越少，近几年特别热的无线个人域网络（Wireless Personal Area Network，WPAN）技
12、术、无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）技术，这些技术把人们的关系连在了一起，把人们都连到一个互联网当中，促进人的交流。并且现在大多数人都采用这些网络技术采用的是非授权的频段进行工作和日常的生活。所以需要提高现有频谱的利用率是为解决频谱资源紧张的困难的一种方法。于是就有人提出了认知无线电的定义，主要的思想就是能够充分的利用频谱资源，拥有较小的频谱可以充分的提高其利用率2。有时候常常会有处于静态当中空闲的频谱，这些空闲的频谱被称作“频谱空洞”，所以应该充分得利用这些频谱空洞，充分提高其利用率1.1.2 认知无线电的相关专业术语1频谱分类：（1）授权频谱3
13、是需要人们为了他们使用的频谱资源交费用，他们就拥有这些频段的权利。（2）非授权频谱是可以给任何人都是用的频段，频段是不需要缴费的。2用户分类：（1）主用户也叫做授权用户，是指付出费用所得到的频段的用户。（2）非授权用户4也叫做二级用户或者也可以叫做认知无线电用户，它们不拥有任何的频段。1.2认知无线电近几年来，了解到对认知无线电的概念有很多种解释，下面我给出两种具有典型的、有代表的有关认知无线电的定义，且将简单的描述一下认知无线电的特点。1.2.1 认知无线电定义在了解认知无线电的前提下，需要先了解一下软件无线，因为这个软件无线电是认知无线电的基础前提。本节则需要对这个软件无线进行简单的描述。
14、据文献5的定义来看，认知无线电技术将会连续不断地认知外部环境的各种各样的信息例如授权用户终端和认知无线电终端的工作频率调制方式、接收端的信噪比、网络的流量分布、甚至可以是认知用户的行为和说话内容等，并且对这些信息进行分析，学习以及判断，然后经过对无线电知识介绍语言和其他认知无线电终端然后进行智能的交流，然后选择适合的工作频率、调制方式、发射功、介质访问协议和路由等，从而保证使整个网络能够一直提供可靠的通讯，结果达到最佳的频谱利用率效果。据FCC认为：“认知无线电是能够基于对其工作环境的交互改变发射机参数的无线电”。Hay Kin教授从信号处理角度作为出发点，认知无线电被认为是可以作为认知外界通
15、信环境的智能通信系统指标。通过学习认知无线电系统，经过不断地了解认知外界的环境变化，并且通过自适应地调整其自身内部的通信原理来实现对环境变化的适应，从而以达到改进系统稳定性和提高频谱资源利用率的目的6。1.2.2认知无线电的特点1.认知无线电具有一种认知的能力4，它可以从周围的环境当中，通过一种流程通常包含频谱的感知、频谱的详细分析、频谱的判定，能探测出哪些频谱是处于忙的状态，哪些是处于空闲的状态。通过这一过程，就可以发现哪些是忙的频谱，哪些是处于空洞的频谱。然后检查出空洞的频谱后，可以充分的利用这些频谱，充分利用这些频谱，尽量提高其利用率。能够检测频谱当中的哪些是忙，哪些是空闲的这样的能够辨别出的就是频谱感知；当感知到一些频谱的时候需要对这些频谱进行一些评定这就是频谱分析；通过一定的分析后，就可以知道哪些用户需要这些频谱进而对频谱的判定；这样的一过程就是频谱的感知、频谱分析、频谱判定简单组成的。2.认知无线电会根据无线网络环境中一些处于动态的编程的无线通信设备，然后可以根据不同的传输方式则得出的通过这些无线设备中接受不同的数据信息，这就是认知无线电的重构能力5。在分析这个重构能力的时候可以从它的参数上面来分析一下，例如，双
