适用于异构QoS环境的伺机频谱接入策略设计

针对认知无线电网络(Cognitive Radio Network,CRN)中认知无线电(Cognitive Radio,CR)用户单信道伺机频谱接入问题,从既满足CR用户各异的QoS需求又不对主用户(Primary Radio,PR)产生干扰的角度,定义新的度量指标CRN有效吞吐量,并以CRN有效吞吐量最大为目标建立单信道伺机频谱接入模型.提出基于最小速率差额的接入策略,给出相应的信道和功率分配算法(Minimum Rate Gap-based Channel and Power Allocation,MRG-CPA),并设计MAC协议以实现分布式接入.仿真结果表明,与现有的降序最佳适应算法、降序首次适应算法和基于最小速率需求的功率分配算法相比,MRG-CPA不仅提供较大的CRN有效吞吐量,并且提高CR用户QoS保证率.     

放大转发中继系统中基于SCMA的能效资源分配方案

放大转发中继系统中, 以提升能效为目标, 在保障各用户的最小速率需求下, 提出一种子载波顺序配对以及稀疏码分多址(sparse code division multiple access, SCMA)码本功率联合资源分配算法。将能效资源分配建模为一个混合型整数优化问题, 并将其拆分为子载波配对和码本及功率分配两个独立的子问题。首先, 预设码本和功率分配, 基于能效对子载波进行配对。然后, 在子载波固定配对的情况下, 基于能效码本采用最优信道选择的分配方法, 功率问题转化为含有参量的凹函数, 构建拉格朗日函数进行迭代求解。最后,码本和功率交替迭代优化直至收敛。仿真表明, 所提算法较其他方案可以提升约29%的系统平均能效, 同时也保证了每个用户的最小速率需求。     

能量有效的NOMA多用户-多信道匹配算法

针对非理想信道状态信息(channel state information, CSI)下面向海量用户的无线资源高效分配难题,通过引入非正交多址(non-orthogonal multiple access, NOMA)技术提出了一种能量有效的多用户-多信道匹配方案。首先,考虑用户中断概率约束,建立以最大化系统能量效率为目标的非理想CSI蜂窝下行NOMA系统信道和功率联合分配优化问题;然后,将建立的含概率约束的优化问题转化为非概率约束优化问题,并从中解耦出用户-信道匹配优化问题;最后,将面向能量效率的NOMA用户-信道匹配优化问题映射为婚姻匹配问题,进而提出一种高效低复杂度的双边匹配算法实现了多用户-多信道的动态匹配。仿真结果表明,提出的匹配算法性能优于传统匹配算法,能够提供更高的系统能效、实现更低的用户中断概率且收敛速度更快。     

能量有效的NOMA多用户-多信道匹配算法

针对非理想信道状态信息(channel state information, CSI)下面向海量用户的无线资源高效分配难题,通过引入非正交多址(non-orthogonal multiple access, NOMA)技术提出了一种能量有效的多用户-多信道匹配方案。首先,考虑用户中断概率约束,建立以最大化系统能量效率为目标的非理想CSI蜂窝下行NOMA系统信道和功率联合分配优化问题;然后,将建立的含概率约束的优化问题转化为非概率约束优化问题,并从中解耦出用户-信道匹配优化问题;最后,将面向能量效率的NOMA用户-信道匹配优化问题映射为婚姻匹配问题,进而提出一种高效低复杂度的双边匹配算法实现了多用户-多信道的动态匹配。仿真结果表明,提出的匹配算法性能优于传统匹配算法,能够提供更高的系统能效、实现更低的用户中断概率且收敛速度更快。     

多射频多信道Ad Hoc网络跨层功率分配

为了提高多射频多信道Ad Hoc网络容量，降低网络间无线干扰，提出从跨层优化综合考虑信道与功率联合分配问题，将信道与功率分配问题转化为混合整数非线性规划模型，针对模型设计两阶段子问题求解迭代算法。算法在第一阶段采用启发式算法分配信道，在第二阶段采用分布式算法进行功率分配。仿真实验结果表明,信道与功率联合分配相对于固定信道下功率分配具有更好的效果，联合优化两阶段迭代算法可有效提高网络整体效用，同时降低节点间相互干扰。     

毫米波大规模MIMO-NOMA系统中基于动态子连接混合结构的预编码设计

针对毫米波大规模多输入多输出-非正交多址接入(massive multiple input multiple output non-orthogonal multiple access, mMIMO-NOMA)系统硬件成本和功耗过大问题, 基于动态子连接混合结构(dynamically sub-connected hybrid architecture, DSC-HA), 提出一种高效预编码方案。首先，在用户分组的基础上, 基于等效信道增益最大化原则, 利用Kuhn-Munkras算法匹配各NOMA簇用户的信道状态信息, 以实现动态天线分组, 进而完成模拟预编码设计。接着, 利用NOMA簇内强用户的等效信道来实现数字预编码设计, 以减小簇间干扰。最后, 通过优化簇内用户间功率分配来减小簇内用户间干扰。仿真结果表明, 基于DSC-HA的预编码方案不但系统和速率优于基于子连接混合结构的预编码方案, 而且能效明显优于基于全连接混合结构和基于全数字结构的预编码方案。     

基于非合作博弈模型的跨层资源分配算法

针对多用户多输入多输出 正交频分复用(multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiple, MIMO-OFDM)系统的上行链路提出一种基于非合作博弈模型的跨层资源分配算法。基站为用户分配初始上行速率后,各用户间通过非合作博弈方式实现功率最小化。功率未饱和的用户向基站申请增加吞吐量,基站在调整用户吞吐量时综合考虑用户信道条件与媒体访问控制（media access control, MAC）层缓存的状态。仿真表明,算法既降低了用户终端的功率开销,同时兼顾了多用户间的公平性。     

多跳中继系统中子载波与功率的分配

以多跳中继网络中的资源分配为研究对象,提出了一种用于两跳中继系统下行传输的子载波与功率分配算法,目标是在总功率一定的条件下使得系统的吞吐量最大.该算法包括三个步骤:首先分配第二跳链路上的子载波,之后进行子载波配对,最后进行功率分配.在功率分配中基于运算复杂度不同提出了最优化功率分配(OPA)与平均功率分配(EPA).仿真结果表明,最优化功率分配的性能要优于平均功率分配,并且当第一跳链路与第二跳链路的信道质量相差不多时进行子载波配对可以有效提高系统性能,此外该算法能够获得多用户分集增益.     

下行卫星认知无线电门限与功率联合优化

用于卫星通信的频谱资源日益紧缺,但现存卫星系统却存在利用不足的问题。针对该问题,以最大化卫星通信中下行带内数据传输量为目标,提出了基于Underlay认知无线电的卫星信道检测门限与功率分配联合优化算法。首先分析了下行链路中信道融合检测误差、功率分配向量与数据传输量之间的数学关系,给出了信道数量及总功率均受限时信道与功率联合分配的可行性条件。之后,进行了目标模型可行性论证及融合误差分析,并将优化目标函数问题分解为检测门限与功率分配两个子优化问题。针对两个子问题,文中分别证明了加窗粒子群优化算法适用于数据融合后的门限优化,论证了信道与功率联合分配的可行性,在此基础上给出了信道与功率联合分配的最优解。引入中间量在两个子优化算法之间反复迭代,得到了本文目标函数的联合最优解。最后,仿真给出了检测门限优化性能,结果表明,改进型算法在准确度和迭代次数上均优于传统粒子群算法;比较了该联合优化算法与传统卫星通信方式及普通Underlay认知无线电用于卫星通信时的性能差异,结果表明,该联合算法能够有效提高频谱利用率;给出了算法复杂度。     

改进的子载波比特功率分配算法

针对多用户多输入多输出-正交频分复用(multiple input multiple output-orthogonal frequency divi-sion multiplexing,MIMO-OFDM)系统的自适应资源分配问题,对子载波比特功率两步分配(Two-Steps)和联合分配方法进行了比较,分析了收发天线数目对系统性能的影响.提出了一种改进的子载波比特功率算法,该算法基于两个用户可以同时在一个子载波上发送数据的子载波复用方法,将子载波和比特功率联合分配,对比特重新调整的迭代过程进行了改进.仿真结果表明,该算法在不影响系统误码性能的前提下降低了复杂度.     

Energy efficient resource allocation in non-cooperative multi-cell OFDMA systems

A non-cooperative game is proposed to perform the sub-carrier assignment and power allocation for the multi-cell orthogonal frequency division multiple access(OFDMA) system.The objective is to raise the spectral efficiency of the system and prolong the life time of user nodes.This paper defines a game player as a cell formed by the unique base station and the served users.The utility function considered here measures the user’s achieved utility per power.Each individual cell’s goal is to maximize the total utility of its users.To search the Nash equilibrium(NE) of the game,an iterative and distributed algorithm is presented.Since the NE is inefficient,the pricing of user’s transmission power is introduced to improve the NE in the Pareto sense.Simulation results show the proposed game outperforms the water-filling algorithm in terms of fairness and energy efficiency.Moreover,through employing a liner pricing function,the energy efficiency could be further improved.     

基于时间反演的上行NOMA系统能效优化算法

为了解决上行非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)系统在多径环境下传输效率较低问题,提出了一种基于时间反演(time reversal,TR)的上行NOMA网络资源分配算法.首先,利用TR技术独特的空时聚焦特性,增大信号的接收强度.其次,考虑用户最小传输速率约束和用户最...     

云边协同系统中基于博弈论的资源分配与任务卸载方案

综合考虑时延、能耗和计算资源成本，构建云边协同系统中的效用最大化问题，并将其分解为计算资源分配、上行功率分配和任务卸载策略三个子问题。提出一种基于博弈论的资源分配和任务卸载方案（game-based resource allocation and task offloading， GRATO） 以分别解决上述子问题。利用凸优化条件求得计算资源分配最优解；设计一种低复杂度的上行功率分配方法用于降低无线干扰；针对任务卸载策略优化问题，提出一种基于博弈论的分布式任务卸载算法（game-based distributed task offloading algorithm， GDTOA）。仿真结果表明，GRATO方案在时延和能耗方面的性能优于其他方案，还可以感知用户的优先级，使紧急用户具有更高的效用和更低的时延。     

Heuristic based data scheduling algorithm for OFDMA wireless network

A system model based on joint layer mechanism is formulated for optimal data scheduling over fixed point-to-point links in OFDMA ad-hoc wireless networks. A distributed scheduling algorithm （DSA） for system model optimization is proposed that combines the randomly chosen subcarrier according to the channel condition of local subcarriers with link power control to limit interference caused by the reuse of subcarrier among links. For the global fairness improvement of algorithms, a global power control scheduling algorithm （GPCSA） based on the proposed DSA is presented and dynamically allocates global power according to difference between average carrier-noise-ratio of selected local links and system link protection ratio. Simulation results demonstrate that the proposed algorithms achieve better efficiency and fairness compared with other existing algorithms.     

NOMA系统在下行链路中的功率分配

为了满足非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)系统下行链路的一个多用户集群中不同用户的业务需求,提出了具有用户服务质量(quality of service,QoS)保证与最大最小(max-min)公平性准则的功率分配算法。针对不同用户需求,制定了在基站发射总功率与用户满足的最低速率要求约束下的max-min公平准则的优化问题模型,并利用二分法与Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件对复杂的非凸问题进行求解。仿真结果表明,该功率分配算法既保证了用户的QoS要求又满足了用户的公平性准则,并且NOMA系统的吞吐量相较于传统多址接入系统的吞吐量有较大的提升。     

基于公平度和惩罚函数的OFDMA自适应资源分配

针对基于速率自适应准则的正交频分多址自适应资源分配中系统容量和用户公平度的问题,提出了一种采用子载波分配和功率分配两步来解决该问题的新方案。该方案主要通过基于公平度的子载波分配算法和基于惩罚函数的功率分配算法来实现。在子载波分配算法中,当满足公平度约束时就提高系统的容量,否则就提升用户的公平度。而子载波分配后,并不能较好地兼顾系统容量和用户公平度。所以,在功率分配算法中,又基于惩罚函数提出了一种新的功率寻优策略,并且该策略利用基于模拟退火思想的改进人工蜂群算法来实现系统容量和用户公平度的折中。仿真结果表明所提出的方案不仅可以有效地提升系统容量,同时也可以实现给定的公平度约束,进而证明所提方案的有效性。     

Low complexity hybrid power distribution combined with subcarrier allocation algorithm for OFDMA

To improve the total throughput of the uplink orthogonal frequency division multiple access system,a low complexity hybrid power distribution(HPD) combined with subcarrier allocation scheme is proposed.For the fairness mechanism for the subcarrier,the inter-cell interference is first analyzed to calculate the capacity of the multi-cell.The user selects the subcarrier with the largest channel gain.Based on the above subcarrier allocation scheme,a new kind of HPD scheme is proposed,which adopts the waterfilling-power-distributed scheme and the equal-power-distributed scheme in the cell-boundary and the cellcenter,respectively.Simulation results show that compared with the waterfilling-power-distributed scheme in the whole cell,the proposed HPD scheme decreases the system complexity significantly,meanwhile its capacity is 2% higher than that of the equal-powerdistributed scheme over the same subcarrier allocation.