Abstract摘要緒論1.1認(rèn)知無線電的提出認(rèn)知無線電[1]是一項(xiàng)有關(guān)在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中能夠提高頻譜利用率的關(guān)鍵技術(shù)。認(rèn)知無線電通過檢測(cè)哪里會(huì)有空閑的頻譜，感知后就會(huì)給認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)提供一些基本的頻譜信息。并且會(huì)隨著周圍環(huán)境的變換會(huì)對(duì)發(fā)射參數(shù)等數(shù)字進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?。本?jié)將對(duì)認(rèn)知無線電產(chǎn)生的背景以及概念進(jìn)行簡單的介紹。1.1.1認(rèn)知無線電產(chǎn)生的背景近幾年當(dāng)中，隨著時(shí)代的進(jìn)步，現(xiàn)代的科技也是越來越進(jìn)步，如今是信息的時(shí)代，但是現(xiàn)代的頻譜資源是越來越少，近幾年特別熱的無線個(gè)人域網(wǎng)絡(luò)（WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN）技術(shù)、無線局域網(wǎng)（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）技術(shù)，這些技術(shù)把人們的關(guān)系連在了一起，把人們都連到一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，促進(jìn)人的交流。并且現(xiàn)在大多數(shù)人都采用這些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用的是非授權(quán)的頻段進(jìn)行工作和日常的生活。所以需要提高現(xiàn)有頻譜的利用率是為解決頻譜資源緊張的困難的一種方法。于是就有人提出了認(rèn)知無線電的定義，主要的思想就是能夠充分的利用頻譜資源，擁有較小的頻譜可以充分的提高其利用率[2]。有時(shí)候常常會(huì)有處于靜態(tài)當(dāng)中空閑的頻譜，這些空閑的頻譜被稱作“頻譜空洞”，所以應(yīng)該充分得利用這些頻譜空洞，充分提高其利用率1.1.2認(rèn)知無線電的相關(guān)專業(yè)術(shù)語1．頻譜分類：（1）授權(quán)頻譜[3]是需要人們?yōu)榱怂麄兪褂玫念l譜資源交費(fèi)用，他們就擁有這些頻段的權(quán)利。（2）非授權(quán)頻譜是可以給任何人都是用的頻段，頻段是不需要繳費(fèi)的。2．用戶分類：（1）主用戶也叫做授權(quán)用戶，是指付出費(fèi)用所得到的頻段的用戶。（2）非授權(quán)用戶[4]也叫做二級(jí)用戶或者也可以叫做認(rèn)知無線電用戶，它們不擁有任何的頻段。1.2認(rèn)知無線電近幾年來，了解到對(duì)認(rèn)知無線電的概念有很多種解釋，下面我給出兩種具有典型的、有代表的有關(guān)認(rèn)知無線電的定義，且將簡單的描述一下認(rèn)知無線電的特點(diǎn)。1.2.1認(rèn)知無線電定義在了解認(rèn)知無線電的前提下，需要先了解一下軟件無線，因?yàn)檫@個(gè)軟件無線電是認(rèn)知無線電的基礎(chǔ)前提。本節(jié)則需要對(duì)這個(gè)軟件無線進(jìn)行簡單的描述。據(jù)文獻(xiàn)[5]的定義來看，認(rèn)知無線電技術(shù)將會(huì)連續(xù)不斷地認(rèn)知外部環(huán)境的各種各樣的信息例如授權(quán)用戶終端和認(rèn)知無線電終端的工作頻率調(diào)制方式、接收端的信噪比、網(wǎng)絡(luò)的流量分布、甚至可以是認(rèn)知用戶的行為和說話內(nèi)容等，并且對(duì)這些信息進(jìn)行分析，學(xué)習(xí)以及判斷，然后經(jīng)過對(duì)無線電知識(shí)介紹語言和其他認(rèn)知無線電終端然后進(jìn)行智能的交流，然后選擇適合的工作頻率、調(diào)制方式、發(fā)射功、介質(zhì)訪問協(xié)議和路由等，從而保證使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠一直提供可靠的通訊，結(jié)果達(dá)到最佳的頻譜利用率效果。據(jù)FCC認(rèn)為：“認(rèn)知無線電是能夠基于對(duì)其工作環(huán)境的交互改變發(fā)射機(jī)參數(shù)的無線電”。HayKin教授從信號(hào)處理角度作為出發(fā)點(diǎn)，認(rèn)知無線電被認(rèn)為是可以作為認(rèn)知外界通信環(huán)境的智能通信系統(tǒng)指標(biāo)。通過學(xué)習(xí)認(rèn)知無線電系統(tǒng)，經(jīng)過不斷地了解認(rèn)知外界的環(huán)境變化，并且通過自適應(yīng)地調(diào)整其自身內(nèi)部的通信原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)，從而以達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和提高頻譜資源利用率的目的[6]。1.2.2認(rèn)知無線電的特點(diǎn)1.認(rèn)知無線電具有一種認(rèn)知的能力[4]，它可以從周圍的環(huán)境當(dāng)中，通過一種流程通常包含頻譜的感知、頻譜的詳細(xì)分析、頻譜的判定，能探測(cè)出哪些頻譜是處于忙的狀態(tài)，哪些是處于空閑的狀態(tài)。通過這一過程，就可以發(fā)現(xiàn)哪些是忙的頻譜，哪些是處于空洞的頻譜。然后檢查出空洞的頻譜后，可以充分的利用這些頻譜，充分利用這些頻譜，盡量提高其利用率。能夠檢測(cè)頻譜當(dāng)中的哪些是忙，哪些是空閑的這樣的能夠辨別出的就是頻譜感知；當(dāng)感知到一些頻譜的時(shí)候需要對(duì)這些頻譜進(jìn)行一些評(píng)定這就是頻譜分析；通過一定的分析后，就可以知道哪些用戶需要這些頻譜進(jìn)而對(duì)頻譜的判定；這樣的一過程就是頻譜的感知、頻譜分析、頻譜判定簡單組成的。2.認(rèn)知無線電會(huì)根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中一些處于動(dòng)態(tài)的編程的無線通信設(shè)備，然后可以根據(jù)不同的傳輸方式則得出的通過這些無線設(shè)備中接受不同的數(shù)據(jù)信息，這就是認(rèn)知無線電的重構(gòu)能力[5]。在分析這個(gè)重構(gòu)能力的時(shí)候可以從它的參數(shù)上面來分析一下，例如，雙方通信的協(xié)議、工作頻率的一致性、采用什么調(diào)制方式等，這些都是重構(gòu)能力的參數(shù)。在非授權(quán)中認(rèn)知無線電采用重構(gòu)能力主要的目的是：如果認(rèn)知無線電感知到了空洞的頻譜，需要充分的利用這些頻譜然后在不產(chǎn)生對(duì)非授權(quán)用戶的干擾下，可以為這些非授權(quán)的用戶提供可靠額信息。在授權(quán)的用戶中，會(huì)有兩種方式來面對(duì)這些用戶，第一種是利用當(dāng)前的頻譜，但是可以改變這里的發(fā)送功率或者可以改變它的調(diào)制方式等方法。第二種就是可以切換到其他空閑的頻譜當(dāng)中去，這樣就會(huì)避免對(duì)授權(quán)用戶的干擾。1.3認(rèn)知無線電的使用領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)1.3.1認(rèn)知無線電的技術(shù)應(yīng)用在這幾年當(dāng)中，認(rèn)知無線電現(xiàn)在是發(fā)展的越來越迅速，國內(nèi)國外很多研究專家現(xiàn)在專門對(duì)無線電展開了全面的研究，同時(shí)成立了一些研究所，對(duì)認(rèn)知無線電進(jìn)行研究，對(duì)近現(xiàn)代的科技發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用。認(rèn)知無線電的關(guān)鍵技術(shù)有如下幾個(gè)方面：1．在UWB中的應(yīng)用UWB技術(shù)[7]基于認(rèn)知無線電的技術(shù)擁有較高的傳輸速率、系統(tǒng)的容量較大、消耗的功率低、抗多徑效應(yīng)的能力強(qiáng)并且成本低的特點(diǎn)，被稱為下一代的無線通信革命技術(shù)，很有可能就是未來信息寬帶無線中組具有潛力的技術(shù)。2．在WLAN中的應(yīng)用通過對(duì)認(rèn)知無線電技術(shù)的了解，人們發(fā)現(xiàn)了認(rèn)知無線電可以應(yīng)用在WLAN中，在這個(gè)工程中，認(rèn)知無線電技術(shù)可以連續(xù)不斷的掃描頻譜段，獲得這些可用信道的信道環(huán)境和質(zhì)量的認(rèn)知信息，自適應(yīng)地接入較好的通信信道，這正是解決WLAN頻段擁擠問題的方法。WLAN對(duì)認(rèn)知無線電能夠充分發(fā)揮，其中這個(gè)WLAN的特點(diǎn)是雖然工作的范圍小，但是工作的地點(diǎn)很靈活的，其中它的工作無線環(huán)境相對(duì)來說是比較簡單的。3．在Mesh網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用在Mesh網(wǎng)絡(luò)中能夠模擬路由器的作用，會(huì)根據(jù)從近的相鄰的節(jié)點(diǎn)接受消息并且進(jìn)行中間的轉(zhuǎn)發(fā)。因?yàn)檫@樣可以經(jīng)過相鄰的節(jié)點(diǎn)傳遞低功率代替了遠(yuǎn)距離節(jié)點(diǎn)傳遞的功率大的在Mesh網(wǎng)絡(luò)中也能模擬路由器的功能，從鄰近節(jié)點(diǎn)接收消息并進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)。這樣，Mesh網(wǎng)絡(luò)通過鄰近節(jié)點(diǎn)之間的低功率傳輸取代了遠(yuǎn)距離節(jié)點(diǎn)間的大功率傳輸，實(shí)現(xiàn)了低成本的隨時(shí)隨地接入。1.3.2認(rèn)知無線電的關(guān)鍵技術(shù)介紹認(rèn)知無線電是現(xiàn)代信息時(shí)代中發(fā)展很迅速的一種技術(shù)，這個(gè)認(rèn)知無線電具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，會(huì)根據(jù)環(huán)境中的變化然后也進(jìn)行變化參數(shù)的一種能力，它能夠與周邊環(huán)境進(jìn)行相互傳達(dá)的信息，認(rèn)知無線電會(huì)隨著現(xiàn)代的進(jìn)步將會(huì)成為現(xiàn)代的關(guān)鍵技術(shù)。認(rèn)知無線電將隨著現(xiàn)在的進(jìn)步不斷的發(fā)展和成熟。1．在物理層方面的關(guān)鍵技術(shù)（1）頻譜感知在物理層中主要是采用頻譜的感知能力才能準(zhǔn)確的去捕獲一些處于空閑狀態(tài)下的時(shí)間頻譜、空閑頻譜，認(rèn)知無線電可以感知很寬的頻譜帶寬，并且能進(jìn)行帶寬的頻段時(shí)域或空間的分析估測(cè)等，這將是對(duì)射頻的開頭設(shè)計(jì)是一個(gè)很大的考驗(yàn)。據(jù)參考文獻(xiàn)[3]認(rèn)知無線電會(huì)通過認(rèn)知無線電的節(jié)點(diǎn)來感知這些無線電所傳來信息，經(jīng)過一些節(jié)點(diǎn)的融合和互相之間的交換，能感測(cè)出認(rèn)知無線電所傳達(dá)的信息。這樣有效的提高了頻譜的感知能力的可靠性。當(dāng)信息在無線電中傳輸時(shí)，頻譜會(huì)有一定的感知，感知這些頻譜主要分為三種方式，信息在傳輸?shù)臅r(shí)候需要進(jìn)行一下檢測(cè)這就是傳輸段檢測(cè)、在傳輸過程中需要合作檢測(cè)、基于干擾的檢測(cè)。傳輸檢測(cè)是指主用戶在某一頻段所使用的頻譜被下一級(jí)的二級(jí)用戶所檢測(cè)到微弱的信號(hào)，知道有很小的信號(hào)，然后檢測(cè)是否這個(gè)頻段是空閑的。需要測(cè)出來這個(gè)狀態(tài)則需要經(jīng)歷匹配濾波器的檢測(cè)、能量的檢測(cè)、周期過程中的趨于正常的檢測(cè)。例如調(diào)制方式、脈沖形狀、格式時(shí)，最好的最有用的最可靠的檢測(cè)器就是匹配濾波器，因?yàn)樗茏畲蠡慕邮苄畔⒗锩娴男旁氡?。能量檢測(cè)：當(dāng)二級(jí)用戶沒有主用戶信號(hào)的足夠信息時(shí)，最優(yōu)的檢測(cè)器是能量檢測(cè)。周期平穩(wěn)特征檢測(cè)通過分析頻譜相關(guān)函數(shù)可以檢測(cè)出這些特征,有些調(diào)制信號(hào)本身是互相有聯(lián)系的，不是沒有一點(diǎn)的聯(lián)系，所以調(diào)制信號(hào)能夠互相的參考。所以在這個(gè)沒有噪聲干擾的情況下、不變化的情況下，周期平穩(wěn)特征會(huì)比能量檢測(cè)的性能好。周期的平穩(wěn)性是一個(gè)相當(dāng)有難度的測(cè)試，如果沒有一定的耐力，沒有很強(qiáng)的思維能力，對(duì)數(shù)學(xué)算法的高度認(rèn)識(shí)，那么使用這個(gè)周期平穩(wěn)的檢測(cè)需要很長的時(shí)間，所以一般不用。合作檢測(cè)是指在當(dāng)前使用的傳輸檢測(cè)的原因是這個(gè)二級(jí)用戶他們一般是不知道這些主用戶的具體位置，不能確定這些主用戶使用的頻段，但是可根據(jù)周圍的環(huán)境部分的能夠觀察并檢測(cè)出主用戶傳輸段的一段很小的信號(hào)，這樣來判斷主用戶的存在。雖然可以檢測(cè)到微弱的信號(hào)通過傳輸檢測(cè)，但是在檢測(cè)過程中這個(gè)二級(jí)用戶他們是會(huì)可能存在一個(gè)這樣的問題就是隱藏終端的問題。所以為了能夠盡量減少或避免這種隱藏終端的問題，更為了能夠很準(zhǔn)確的檢測(cè)，可以通過這個(gè)二級(jí)用戶可以通過其他的二級(jí)用戶的感知一些信息，這樣可以盡量的避免隱藏軸端的問題。干擾檢測(cè)[7]是為了能夠準(zhǔn)確無誤的使主用戶和二級(jí)用戶能夠正常的通信，正常的進(jìn)行工作，所以通過人們的研究可以加入干擾值，可以減少對(duì)他們通信的錯(cuò)誤，當(dāng)然在這個(gè)加入這個(gè)干擾值，也是有一定的限制那就是這個(gè)主用戶接受的時(shí)候它所產(chǎn)生的干擾值要小于某一個(gè)特定的規(guī)定的一種干擾的門限值，所以這個(gè)主用戶和二級(jí)用戶就可以一起來分享這個(gè)共同大的使用通信的頻譜，如果大于某一個(gè)規(guī)定的干擾的門限值，那么可能就不能共同使用同一個(gè)頻譜段，這樣就需要去尋找另一個(gè)可以使用的頻譜段。（2）信道估計(jì)為了建立可靠通信鏈路，有必要估計(jì)通信雙方之間的信道狀態(tài)信息，以確定發(fā)射的參數(shù)為發(fā)射頻段、發(fā)射天線方向、發(fā)射功率數(shù)據(jù)速率、調(diào)制編碼方式等很多資源分配算法的研究都是基于信道估計(jì)理想，得到充分的信道狀態(tài)信息，所以信道估計(jì)是基礎(chǔ)。（3）數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過以上的頻譜的感知和對(duì)信道的估測(cè)，認(rèn)知無線電有條件可以優(yōu)選空閑的頻譜資源。因此，接收和發(fā)送應(yīng)該贊同數(shù)據(jù)是可變的，不同的調(diào)制方式、不同的信道編碼的方法來提高頻譜的利用率。2．無線電在介質(zhì)訪問控制層方面的關(guān)鍵技術(shù)（1）動(dòng)態(tài)頻譜資源的管理利用光譜信息獲得的光譜傳感、頻譜分析、決策的頻譜可以授權(quán)頻譜。自由光譜和未經(jīng)授權(quán)頻譜的感覺；頻譜孔特性可以被干燥的路徑損耗錯(cuò)誤率鏈路延遲時(shí)間能力看參數(shù)如頻譜分析主要是分析的基礎(chǔ)上,估計(jì)譜參數(shù)。就這個(gè)光譜特征的信息可以了解到，如果想確定以及保證這個(gè)頻譜能夠合理的分布，因?yàn)轭l譜的合理分布會(huì)對(duì)當(dāng)前的用戶和當(dāng)前人們對(duì)這個(gè)頻譜的有效性和可靠性的需求等都很重要的。合理的頻譜會(huì)對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸率有很大的幫助，可以是錯(cuò)誤的概率減少很低，是用戶的接受得到的信息很正確。當(dāng)然這里面會(huì)對(duì)這個(gè)關(guān)鍵的通信信道的設(shè)計(jì)也有一定的要求，首先一部分是可定義選擇一段特定的頻譜作為專用的控制信道，這樣就可以避免外部的干擾，其次，人們也可以選擇一段沒有經(jīng)過授權(quán)的頻譜頻段作為這個(gè)通信的控制信道，最后也可以根據(jù)那些非授權(quán)的頻段可以利用一些超寬的技術(shù)進(jìn)行信令在通信信道中傳輸，這樣出來的頻譜參數(shù)、頻譜移動(dòng)的管理部分和原來的先前的那些有著固定的頻段是有著一些不相同的情況，跟以前的分配結(jié)構(gòu)是不相同的，認(rèn)知無線電在用戶當(dāng)中是一種處于動(dòng)態(tài)的一種頻譜，如果能夠選擇一種最合適的通信頻段，這是最好的方式。但是如果信道設(shè)計(jì)的條件設(shè)計(jì)的很不好，那些具備高級(jí)的一些優(yōu)先的用戶當(dāng)要求當(dāng)前的頻譜進(jìn)行通話的時(shí)候，人們會(huì)想出一種新的切換方式，這種新的切換方式就稱作為頻譜切換。（2）頻譜共享在這個(gè)認(rèn)知無線電中主要研究的一些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，一些用戶的接入方式可以進(jìn)行分類：如果按照正常的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來分類的話則可以分為頻譜集中和頻譜的分布。頻譜的集中主要是控制一些或者負(fù)責(zé)一些頻譜的管理方面的事情和約束資源這方面。在這種分布式下的結(jié)構(gòu)當(dāng)中可以通過各個(gè)節(jié)點(diǎn)或者其他一部分的通過頻譜和信道之間的相互協(xié)商來約束和管理用戶的使用情況。在這種情況下，這種集中式的分布結(jié)構(gòu)會(huì)經(jīng)過協(xié)商來獲取部分的有效資源。頻譜的分布式情況這個(gè)傳送信息就需要根據(jù)協(xié)商來獲取部分的可靠有效的資源信息。這個(gè)節(jié)點(diǎn)之間需要根據(jù)自己判斷來捕獲有效的信息和策略。會(huì)根據(jù)一定的情況進(jìn)行對(duì)頻譜進(jìn)行對(duì)頻譜的管理和頻譜的選擇。也可以從頻譜的共享中分類，可以分為頻譜的填充式和頻譜的下墊式。這樣可以劃分為三種方案。第一種可以根據(jù)這個(gè)下墊的方式進(jìn)行對(duì)頻譜的補(bǔ)充，擴(kuò)展等是頻譜變大的一種技術(shù)，如果這樣做的話就可以吧認(rèn)知無線電上的主用戶所使用的頻譜搬移到全頻段當(dāng)中去。第二種就是盡量避免弄一些干擾的填充式的方法來解決問題。第三種則是一種混合的方案，就是盡量的去避免干擾的基于下墊式方法去擴(kuò)展頻譜。但是這里面也會(huì)存在一些缺點(diǎn)，需要人們?nèi)タ朔?，所以就需要盡量的無能量的分配或者使能量的最低。1.4本章小結(jié)通過對(duì)上面的認(rèn)知無線電的簡單介紹，了解因?yàn)樵诂F(xiàn)在科技發(fā)展中，頻譜資源現(xiàn)在變的越來越緊張已經(jīng)成為社會(huì)的一大難題，但是人類也是智慧的，研究人員提出了認(rèn)知無線電，能在資源困乏的時(shí)候充分的利用資源，提高了頻譜的利用率這就是一大提高。認(rèn)知無線電是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用技術(shù)很熱門的一項(xiàng)技術(shù)，很多應(yīng)用都需要在認(rèn)知無線電的基礎(chǔ)上去發(fā)展、去研究的一些學(xué)術(shù)的東西，例如一些關(guān)鍵的技術(shù)，一些復(fù)雜或簡單的算法等，都需要通過在認(rèn)知無線電的基礎(chǔ)上去發(fā)展，所以在認(rèn)知無線電的發(fā)展在將來中必將越來越火熱，把人們通過這個(gè)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書2OFDM系統(tǒng)的研究2.1OFDM的簡介2.1.1OFDM的產(chǎn)生背景早在20世紀(jì)60年代的時(shí)候提出了正交頻分復(fù)用[8]（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）思想，OFDM系統(tǒng)的組成是主要是由模擬濾波組成的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)科技沒有發(fā)展起來，當(dāng)時(shí)的OFDM系統(tǒng)比較復(fù)雜，造成那個(gè)時(shí)候的OFDM系統(tǒng)一直沒有發(fā)展起來。后來到了80年代，L.J.Cimini博士當(dāng)時(shí)提出并分析了移動(dòng)通信在OFDM系統(tǒng)中存在的一些問題，后來隨著這些問題，提出了解決在OFDM中移動(dòng)通信提出的問題。從此以后，OFDM在移動(dòng)通信中的應(yīng)用得到迅速發(fā)展，隨著要求傳輸?shù)拇a元速率不斷提高，傳輸寬帶也越來越寬?，F(xiàn)在的多媒體進(jìn)行通信的信息傳輸速率則會(huì)被要求達(dá)到若干的Mb/s。這種移動(dòng)通信的信息在傳輸時(shí)，傳輸信道可能會(huì)演變成大城市現(xiàn)在大多存在的多徑效應(yīng)衰落嚴(yán)重的無線信道。因此OFDM就在這樣的背景下得到發(fā)展。OFDM也是一類多載波并行調(diào)制的體質(zhì)。它和20世紀(jì)50年代類似系統(tǒng)的區(qū)別主要有：（1）近幾年的發(fā)展的OFDM系統(tǒng)在一定程度上提高了頻譜的利用率，而且從某種程度上也提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，已調(diào)制的各路子載波信號(hào)，這些頻譜信號(hào)是相互重疊的；（2）每路子載波的調(diào)制十多進(jìn)制調(diào)制；（3）因?yàn)槊柯纷虞d波調(diào)制的信號(hào)的調(diào)制方式不同，則可以根據(jù)各路子載波處信道特性、根據(jù)信道的優(yōu)缺點(diǎn)采用不同的頻譜。2.1.2OFDM的概念OFDM實(shí)質(zhì)上是一種調(diào)制方式，是一種多個(gè)子載波并行傳輸?shù)囊环N方式。也可以被看成是一種多載波的復(fù)用技術(shù)[9]。其中這個(gè)多載波的傳輸?shù)乃枷胧菍⒏鱾€(gè)數(shù)據(jù)的比特流劃分成若干個(gè)子比特流。事實(shí)上，就是將開始發(fā)送的高功率變成多個(gè)子載波的低功率的比特率，然后這些低功率的比特流，還可以相應(yīng)的去調(diào)制其子載波，其中OFDM系統(tǒng)的最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠提高頻譜的利用率。2.1.3OFDM系統(tǒng)原理下面是OFDM系統(tǒng)典型的框圖如圖2-1所示。圖的上半部分對(duì)應(yīng)的是發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)，下半部分對(duì)應(yīng)的是接收器的結(jié)構(gòu)。發(fā)送者發(fā)送的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過傳輸信道會(huì)映射到子載波的相位和振幅上面，然后通過數(shù)字的交織再經(jīng)過數(shù)字調(diào)制，調(diào)制成一種適合這個(gè)發(fā)送信道能適應(yīng)的調(diào)制方式，再插入一定的頻譜，然后把各路的子載波的串行變換成并行，再經(jīng)過IFFT的變換然后再通過把各路子載波的并行變換成串行的方式。再通過加入循環(huán)的前綴和加是為了防止有其他頻譜的干擾，再通過數(shù)字和模擬的變換，然后發(fā)送到接受部分的天線。接收者的發(fā)送是完全相反的，射頻的無線電的數(shù)字信好與基帶的信號(hào)，接受部分則需要先將模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字，唯一不同的是在去除循環(huán)前綴的是時(shí)候加了一個(gè)定時(shí)和頻率同步，然后就與發(fā)送的對(duì)應(yīng)相反，依次通過FFT然后經(jīng)過并行轉(zhuǎn)換成各路子載波的串行，信號(hào)通過在信道中的校正，再通過數(shù)字的解調(diào)，將信號(hào)解交織，解碼則接受部分收到相應(yīng)的信息。然后與FFT逆變換，選擇適當(dāng)?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換成發(fā)送和接受的信號(hào)。因?yàn)轭愃浦瓼FT運(yùn)算，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以使用相同的硬件。當(dāng)然，這種復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)意味著收發(fā)不能同時(shí)發(fā)送和接收操作。圖21OFDM收發(fā)機(jī)框圖2.2OFDM的系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1串/并變換每當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，數(shù)據(jù)都會(huì)以典型的形式出現(xiàn)，那就是將這些數(shù)字信息形成一定的數(shù)據(jù)流，然后這些數(shù)據(jù)符號(hào)就可能會(huì)被連續(xù)的傳輸，這樣每一個(gè)數(shù)據(jù)的符號(hào)的頻譜就可以很好很充分的利用整個(gè)帶寬?？墒窃谶@些并行的數(shù)據(jù)傳送的系統(tǒng)中，會(huì)有很多個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)能夠被同時(shí)的進(jìn)行傳輸。這樣可以更好的減少這些在串行中，數(shù)據(jù)流在串行系統(tǒng)中出現(xiàn)的一些難以控制的狀況。在這個(gè)OFDM系統(tǒng)中將那些比較高的數(shù)據(jù)傳送輸入的串行的比特流可以進(jìn)行串、并的一些變換，把這些高的轉(zhuǎn)換成較低的數(shù)據(jù)流。然后可以照射到并且映射到OFDM符號(hào)的在不同的子載波上進(jìn)行傳送。不同的子載波的調(diào)制是不同的，它是可以采用自適應(yīng)調(diào)節(jié)。連續(xù)的一系列錯(cuò)誤,相比的情況下大部分的前向糾錯(cuò)編碼，誤差分布均勻的條件下將更有效地工作。因此，為了提高系統(tǒng)性能，大多數(shù)系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)作為字符串/和轉(zhuǎn)換工作的一部分，這可以通過隨機(jī)分配到每個(gè)副載波上每個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)位。在接收端，逆過程制定相應(yīng)的信號(hào)。這樣不僅可以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)位的順序,同時(shí)也傳播由于衰落信道是一系列的錯(cuò)誤,近似均勻分布。2.2.2OFDM系統(tǒng)中DFT的實(shí)現(xiàn)傅里葉變換在時(shí)間域和頻率域，有幾種類型的傅里葉變換，選擇哪些形式的傅里葉變換是由特定的工作環(huán)境。OFDM系統(tǒng)調(diào)制需要很多的濾波器、調(diào)制器、一些想干解調(diào)器等。如果使用DFT來處理傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，則信號(hào)在時(shí)域和頻域的采樣使離散的傅里葉變換呈現(xiàn)一定的規(guī)律。如果相對(duì)較大的系數(shù)來說，（2-2）等效的IDFT可以完成OFDM的基帶信號(hào)。信號(hào)采樣率，清晰度是：，且忽略矩形函數(shù)，對(duì)于信號(hào)以的速率進(jìn)行抽樣，即令，則得到：（2-1）從（2-1）中可以看出其實(shí)是的經(jīng)過離散傅里葉逆變換的過程。同樣的當(dāng)這個(gè)接收段想要恢復(fù)出原來的一些數(shù)據(jù)符號(hào)，則也可以對(duì)進(jìn)行逆變換即離散的傅里葉變換可以得到：（2-2）通過對(duì)以上式子的分析可以得出，在傳輸過程中OFDM系統(tǒng)的調(diào)制是可以通過由IDFT來處理，同樣的OFDM系統(tǒng)的解調(diào)可以看成由DFT來處理。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，假設(shè)有N個(gè)子載波在傳輸數(shù)據(jù)符號(hào)，則可以看到就會(huì)有N個(gè)點(diǎn)IDFT的操作數(shù)，這些傳輸?shù)臄?shù)字符號(hào)在數(shù)據(jù)的時(shí)間域中通過，再經(jīng)過頻域數(shù)據(jù)的發(fā)射載波調(diào)制后，然后發(fā)送到無線的通道中。其中經(jīng)過IDFT輸出數(shù)據(jù)的符號(hào)是經(jīng)過很多的子載波的信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)的堆棧，也就是很多子載波的連續(xù)疊加以后經(jīng)過調(diào)制的信號(hào)采樣。2.2.3保護(hù)間隔和循環(huán)前綴的技術(shù)OFDM系統(tǒng)的一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以很有效的對(duì)抗多徑延遲的傳播，把輸入的那些數(shù)據(jù)流串行變換到N個(gè)并行的子載波信道中，這樣可以使每個(gè)調(diào)制的子載波的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的周期就會(huì)變成原來數(shù)據(jù)周期的符號(hào)的N倍。之所以在每個(gè)OFDM符號(hào)中間加這個(gè)間隔，主要是為了能夠希望盡量或者避免各個(gè)符號(hào)之間的干擾，所以在每個(gè)OFDM符號(hào)中添加了一定的保護(hù)間隔，當(dāng)然這個(gè)也是保護(hù)見間隔也是有條件的，那就是這個(gè)保護(hù)間隔一般都要比無線信道中的最大的時(shí)延擴(kuò)展還要大，主要這樣是為了避免一個(gè)符號(hào)產(chǎn)生的多徑分量不會(huì)那么容易對(duì)下一個(gè)符號(hào)造成一定的干擾，如圖2-2所示。圖2-2多徑情況下，空閑保護(hù)間隔在子載波間造成的干擾如果在這一頻段保護(hù)間隔中若不插任何的數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，也就是說這一段可能就是空白的傳輸額一個(gè)頻段?？墒沁@種可能會(huì)產(chǎn)生空白的傳輸頻段可能會(huì)產(chǎn)生多徑效應(yīng)，造成多徑效應(yīng)的影響，所以會(huì)產(chǎn)生不好的對(duì)子載波有干擾的破壞，也就是在這種情況下，各個(gè)子載波之間原來是正交的，可是受到這個(gè)影響，各路子載波可能就不是正交的，然后不同的子載波間會(huì)有一定的相互干擾。在圖中可以看出，由于FFT運(yùn)算時(shí)間長、第一副載波和第二副載波周期的數(shù)量和區(qū)別不是整數(shù)，因此，當(dāng)接收機(jī)解調(diào)。第一副載波的副載波可引起干擾。同樣的，當(dāng)?shù)诙€(gè)副載波解調(diào)接收機(jī)，從第一副載波干擾存在所以象征的尾端，副本添加到起點(diǎn)增加象征時(shí)間的長度，圖2-3顯示了保護(hù)間隔插入。圖2-3加入保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)，為采樣的保護(hù)間隔長度，為FFT變換產(chǎn)生的無保護(hù)間隔的OFDM符號(hào)長度則在接收端采樣開始的時(shí)刻應(yīng)該滿足下式： （2-3）在式（2-3）中是傳輸信道中的最大多徑效應(yīng)時(shí)延的擴(kuò)展時(shí)間，若能夠滿足該式，則傳輸中前面一個(gè)的OFDM符號(hào)的干擾只會(huì)存在之間，如果子載波的個(gè)數(shù)比較多的時(shí)候，OFDM的符號(hào)周期和信道的脈沖相應(yīng)比較而言來說，是相對(duì)比較大的，則出現(xiàn)的結(jié)果是符號(hào)之間的干擾很小或者避免了產(chǎn)生符號(hào)之間的干擾。當(dāng)加入保護(hù)間隔的是以的IDFT為基礎(chǔ)的OFDM系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)框圖如圖2-4所示。圖2-4加入保護(hù)間隔，利用IDFT/DFT實(shí)施的OFDM系統(tǒng)框圖其中，選擇合適的子載波數(shù)量N，為了能夠消除這些數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生的多徑效應(yīng)和碼間干擾，可以在使用在OFDM系統(tǒng)中加入一些保護(hù)間隔這樣就可以盡量的減少或者避免了多徑效應(yīng)和碼間串?dāng)_。加入保護(hù)間隔后可以有助與保持子載波之間的正交性。2.2.4RF調(diào)制從OFDM系統(tǒng)中調(diào)制器輸出的基帶信號(hào)，其中這個(gè)基帶信號(hào)必須和這個(gè)傳輸系統(tǒng)頻率達(dá)到一致，這樣才能更好的傳輸數(shù)據(jù)，沒有干擾，沒有誤差，減少了傳輸過程中的誤碼率，這個(gè)基帶信號(hào)和混合操作的技術(shù)的動(dòng)作是同步，才能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的更好傳輸?？墒菙?shù)字的調(diào)制技術(shù)是用來提高匹配器的Q通道以及數(shù)字IQ調(diào)制相位，可以使接受方的信息更加準(zhǔn)確。圖2-5OFDM系統(tǒng)的模擬混頻器圖2-6OFDM系統(tǒng)的數(shù)字混頻器2.3OFDM系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)最近這幾年隨著科技的快速發(fā)展，OFDM技術(shù)現(xiàn)在被人們?cè)絹碓娇粗?，發(fā)現(xiàn)OFDM技術(shù)在生活工作方面可以很平常的被利用起來，所以近幾年有很多研究人員研究這個(gè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)[9]，優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：（1）OFDM系統(tǒng)中那些較高的傳輸速率的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而每個(gè)數(shù)據(jù)流上所對(duì)應(yīng)的子載波的數(shù)據(jù)符號(hào)的長度也是隨著數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換而相對(duì)增加的，這樣可以有效的減少數(shù)據(jù)符號(hào)在無線通信中的時(shí)間色散所引起的不均衡，并且還可以在一定程度上降低了接受機(jī)的相對(duì)復(fù)雜度。或者在使用了OFDM技術(shù)也可以不用使用均衡器，只不過需要在這個(gè)系統(tǒng)中加入保護(hù)間隔插入循環(huán)前綴，這個(gè)樣子就可以降低甚至可以避免產(chǎn)生碼間串?dāng)_或者多徑效應(yīng)。（2）OFDM系統(tǒng)使用復(fù)用的技術(shù)的方法是：需要很多個(gè)子載波之間并行一起來傳輸數(shù)據(jù)流，這樣不但降低了發(fā)送段的發(fā)送功率，還保護(hù)了各個(gè)子載波間的頻帶之間的通道。OFDM系統(tǒng)中各個(gè)子載波之間是正交性的，所以可以允許他們這個(gè)頻譜間的相互重疊，現(xiàn)在的OFDM技術(shù)相對(duì)以前的傳統(tǒng)的OFDM技術(shù)來說是很大程度的提高了頻譜的利用率。當(dāng)大量的載體，系統(tǒng)的頻譜效率2波特/赫茲。（3）在OFDM系統(tǒng)中，子載波數(shù)量可以運(yùn)用系統(tǒng)使快速傅里葉變換也就是逆傅里葉變換，使大規(guī)模集成電路中的電路技術(shù)和DSP技術(shù)的快速發(fā)展和FFT是非常容易實(shí)現(xiàn)的。（4）在無線通信中數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)是有不對(duì)稱的，則會(huì)有下行鏈路的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可能會(huì)比上行的鏈路的數(shù)據(jù)數(shù)量要大，這個(gè)就是非對(duì)稱的鏈路，就像這個(gè)非對(duì)稱的鏈路所以很需要借助物質(zhì)的高速數(shù)據(jù)速率傳輸，而在OFDM的系統(tǒng)中可以看到有不同數(shù)量的子載波數(shù)量的子頻道就是傳送不同的速率。所以O(shè)FDM可以很好的適應(yīng)在生活或者工作當(dāng)中。有了OFDM這項(xiàng)技術(shù)，在非對(duì)稱的鏈路中就可以想到OFDM?？墒牵⒉皇敲總€(gè)技術(shù)都是那么的完美，沒有缺點(diǎn)，雖然OFDM技術(shù)是在生活工作中很容易實(shí)現(xiàn)的，但是由于它的每個(gè)子載波之間是正交的，所以在經(jīng)過這個(gè)系統(tǒng)以后，輸出的信號(hào)的由很多個(gè)子載波之間信道是相互疊加的。缺點(diǎn)會(huì)表現(xiàn)一下幾方面：（1）在OFDM系統(tǒng)中，光譜他們是重疊的子信道，但是它們之間有非常嚴(yán)格的要求那就是對(duì)各路子載波之間的正交性提出了非常嚴(yán)格嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?。在這些無線時(shí)變信道中傳輸數(shù)據(jù)的過程中、頻譜發(fā)生變換的過程中，無線信號(hào)傳輸過程中，在本地振蕩器頻率偏移之間的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的時(shí)候，都會(huì)很容易受到頻率偏差的影響。而這些頻譜的頻率偏移差會(huì)很容易影響信號(hào)之間的干擾，造成通道的敏感，這就是OFDM系統(tǒng)的主要的去缺點(diǎn)之一。（2）因?yàn)镺FDM系統(tǒng)本身是由多個(gè)子載波系統(tǒng)組成的，所以輸出也就需要多個(gè)子載波的輸出，但是在傳輸過程中會(huì)有很多子載波信號(hào)的相位會(huì)產(chǎn)生疊加，并且這些疊加的信號(hào)瞬時(shí)功率會(huì)比平常的信號(hào)功率要高很多[10]，并且比在發(fā)射信號(hào)的發(fā)射機(jī)中提出了更高的要求，這樣就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)里面會(huì)產(chǎn)生很大的峰值平均功率，這樣會(huì)在OFDM系統(tǒng)中疊加的信號(hào)瞬時(shí)功率會(huì)大于信號(hào)的平均功率，這并不是很好的事情，反而會(huì)可能會(huì)使傳輸?shù)男盘?hào)在傳輸過程中遭受到信號(hào)頻譜的失真，然后每個(gè)子載波的各路正交的信號(hào)遭受到干擾進(jìn)一步的擾亂了系統(tǒng)的性能。所以也是OFDM系統(tǒng)中一大缺點(diǎn)。2.4OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在以上方面中簡單介紹了OFDM系統(tǒng)的特點(diǎn)，所以在分析了它的優(yōu)缺點(diǎn)后，研究人員也會(huì)根據(jù)它的不同特性然后研究的方面是不相同的，在移動(dòng)通信方面做了研究[11]，例如：1．信道估計(jì)在OFDM系統(tǒng)當(dāng)中信道的估計(jì)是有著非常重要的位置，其中信道估計(jì)的設(shè)計(jì)主要存在兩大問題：一個(gè)是選擇的導(dǎo)頻信息，因?yàn)檫@個(gè)傳輸?shù)臒o線信道是會(huì)產(chǎn)生衰落的，所以就需要對(duì)信道要時(shí)刻的保持跟蹤；一個(gè)是既有低復(fù)雜度又有良好的導(dǎo)頻信息和跟蹤信道估計(jì)量的設(shè)計(jì)能力。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,選擇的信息和最優(yōu)估計(jì)量的設(shè)計(jì)通常是相互關(guān)聯(lián)的,因?yàn)楣烙?jì)的性能和導(dǎo)頻信息傳輸模式。2.信道編碼和交織在OFDM系統(tǒng)中加入信道的編碼和交織主要是為了能夠提高這個(gè)系統(tǒng)的性能。因?yàn)樵谛诺乐型鶗?huì)出現(xiàn)一些問題，而這些問題往往是錯(cuò)誤的，這些多霧又是隨機(jī)的，所以在信道中采用了編碼，可以降低一定的錯(cuò)誤率。當(dāng)在OFDM系統(tǒng)中采用信道編碼和交織可以進(jìn)一步的加強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的性能。然而OFDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為子載波之間的代碼聯(lián)系提供了機(jī)會(huì)。3．均衡在傳輸系統(tǒng)中多載波當(dāng)中一般采用均衡，可是均衡并不是傳輸過程中改善衰落的有效方法。主要均衡的主要功能是盡可能的彌補(bǔ)產(chǎn)生的多徑多引起的碼間串?dāng)_。主要是在OFDM技術(shù)事實(shí)上本身就已經(jīng)用了多徑信道的特征，所以研究專家們就提出了可以考慮增加均衡器讓這個(gè)循環(huán)前綴適當(dāng)?shù)臏p少，可以經(jīng)過系統(tǒng)的復(fù)雜度是為了換取系統(tǒng)頻帶的利用率的提高。2.5OFDM系統(tǒng)用戶資源分配算法的研究在OFDM系統(tǒng)中認(rèn)知無線電中的多用戶采用自適應(yīng)的調(diào)制方式，主要是應(yīng)用在頻率選擇性的衰落這樣的周圍環(huán)境中。有一些典型的子載波，在深衰落,沒有足夠的力量來攜帶信息的任何一點(diǎn)，所以分子載體不被使用。因此，這些用戶分配時(shí)間槽或不使用副載波頻帶將被浪費(fèi)，和其他用戶也不使用這些副載波。根據(jù)瞬時(shí)下降特性為用戶分配副載波和確定所有用戶代碼元素的數(shù)量每個(gè)副載波和功率電平。做的多用戶副載波和一些權(quán)力和權(quán)力分配問題公式化，并提出一個(gè)循環(huán)算法完成多用戶副載波分配問題[12]。2.5.1單用戶比特分配算法在解決多用戶的分布的問題，首先介紹了單用戶環(huán)境的比特分配算法。單用戶問題不僅可以使讀者更好地理解要解決的問題，并在此基礎(chǔ)上論文能提出一種比特分配算法在多用戶環(huán)境中。在這種單用戶資源分配情況下：（2-4）此最小化公式的限制條件則為：（2-5）貪婪算法，基本思想是每個(gè)收益最大或最小成本的子載波的分配，也就是說每次分配算法只考慮當(dāng)前的優(yōu)先級(jí)，而不考慮對(duì)全球的影響。在初始化的時(shí)候，假設(shè)都是0，在副載波的比特?cái)?shù)分配算法來解決分配算法根據(jù)渠道獲得所需的副載波功率，選擇所需的功率最小的副載波分配有點(diǎn)和所需的電力，直到達(dá)到目標(biāo)比特率。誤比特率在一個(gè)給定的系統(tǒng)條件下所需的最小輸電固定位。當(dāng)所有的R位進(jìn)行分配完成后，比特分配過程也就結(jié)束了。Hughes-Hartogs算法是一種貪婪算法，該算法可以描述如下:對(duì)于所有n,有且；比特分配循環(huán)重復(fù)下述過程R次：是最后比特分配的結(jié)果。R周期后，對(duì)于每個(gè)子載波，最后一點(diǎn)分配最優(yōu)比特分配。重要的是要注意，這種鉆頭優(yōu)化分配與一個(gè)給定的函數(shù)，這是由調(diào)制方法的選擇決定。實(shí)際上，還有一些更快的、更簡單的算法，這些算法能使比特分配過程的速度大大提高。2.5.2多用戶子載波和比特分配法在以上面的單用戶的資源分配中來看greedy算法[13]是一種最優(yōu)的分配算法。因?yàn)檫@個(gè)貪婪法能夠傳送的得傳輸功率最小。可是這種貪婪發(fā)在單用戶相對(duì)簡單，可是在多用戶中是相對(duì)復(fù)雜的。為了能夠解決多用戶資源子載波比特的分配，可以跟那個(gè)單用戶的分配相似但不相同的優(yōu)化問題。首先，放寬這一要求，讓為[0,M]間的一個(gè)實(shí)數(shù)。為了能夠處理?xiàng)l件而在此代價(jià)函數(shù)中引入K個(gè)變量，，作為第n個(gè)子載波的共享系數(shù)。因此這個(gè)新的優(yōu)化公式：（2-6）其中和必須滿足：（2-7）（2-8）對(duì)于任何在原優(yōu)化公式中滿足條件（2-2）和（2-3）的，使：（2-9）從式子中（2-7）中對(duì)于相同和對(duì)應(yīng)的滿足新的經(jīng)過優(yōu)化公式的滿足的條件（2-8）和（2-9）而且，因此可以從（2-9）中能夠得出結(jié)論，新的代價(jià)函數(shù)公式（2-6）中定義的最小優(yōu)化問題，這些公式和原來的優(yōu)化問題是相同的。因此，在（2-8）中得到的最小功率就是（2-7）中最小功率在要求低的情況下得出的結(jié)論。但是，大多數(shù)的無線通信它的信道是可以跟隨時(shí)間的變化而變化，信道是不能使時(shí)間成為共享，但是足夠長的時(shí)間下保持不變。因此，會(huì)繼續(xù)考慮原來在式（2-8）中的問題，而且會(huì)將式（2-7）作為更低限制下的優(yōu)化公式[14]，即讓它有自己的物理解釋。對(duì)限制，可以清楚地看出，在由和確定的三角形區(qū)域里是凸函數(shù)。特別需要注意的是，Hession估計(jì)出此區(qū)域內(nèi)的任何一點(diǎn)都是一個(gè)半正定矩陣。因此，將式（2-9）作為一個(gè)凸函數(shù)的最小化的情況得到最優(yōu)的公式：（2-10）其中和必須滿足：（2-11）（2-12）使用拉格朗日公式[15]：（2-13）其中和分別為（2-11）和（2-12）的拉格朗日乘數(shù)。對(duì)L分別求關(guān)于和的導(dǎo)數(shù)后，可得到最優(yōu)解的必要條件和。體地說，如果，則有：（2-14）（2-15）另外，如果，則=0，可以得到：（2-16）在式（2-14）中考慮了邊界點(diǎn)（，）=（0，0）。根據(jù)式（2-15）和（2-16），可以得出結(jié)論：（2-17）其中：另外，根據(jù)式（2-1）和（2-17），得出：（2-18）其中，（2-19）當(dāng)時(shí)則會(huì)有：（2-20）其中，（2-21）因此，對(duì)于固定的拉格朗日乘數(shù)，使用式（2-20），根據(jù)每一個(gè)n能夠明確的定一個(gè)，然后從優(yōu)化算法的最優(yōu)解中可以得到和。但是，這可能不會(huì)滿足條件（2-20）。由于對(duì)于給定的k，隨著增加，對(duì)所有的n其都是降低的，而且對(duì)于的那些n，當(dāng)其是增加時(shí)。式（2-21）中會(huì)有更多的值為1，所以此算法是收斂的。在調(diào)整的過程中，對(duì)于固定的n，有多于一個(gè)有相同值得情況是不能忽視的。如果是那樣的話，不得不在（0,1）中取值?，F(xiàn)在已經(jīng)有了可以得到和最優(yōu)化的算法。將這個(gè)解代入式（2-21）中的結(jié)果，主要是因?yàn)椋阂皇强赡懿辉贒中；二是有一些值可能在（0,1）之間，以表明在時(shí)間上復(fù)用的解。另外，簡單地量化和值，可能無法滿足單一數(shù)據(jù)速率限制的條件。具體地說，對(duì)于每一個(gè)n，當(dāng)時(shí)使，=1，且對(duì)其他的使=0，通過這種方法來改變優(yōu)化算法（2-19）中的值。那么單用戶的比特分配算法應(yīng)該副載波分配每個(gè)用戶。用來指示用MAO算法得到傳輸功率值。很容易看出，，其中是原問題中最小功率值，是放松限制條件下的最小功率。2.6本章小結(jié)OFDM系統(tǒng)是一種將速率較高的串行的在載波分成若干個(gè)低速率的子載波并行的一種傳輸?shù)募夹g(shù)。在以上文章中簡單介紹了OFDM產(chǎn)生的背景、它的原理及原理框圖，和系統(tǒng)框圖中的各個(gè)部分的組成成分，詳細(xì)介紹了OFDM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，利用這些的優(yōu)缺點(diǎn)研究了很多這方面的研究，研究了很多的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用。在現(xiàn)代通信中利用OFDM原理的技術(shù)中，第四代移動(dòng)通信中也是將這個(gè)技術(shù)為核心的，其中，在移動(dòng)通信中最難的問題是快衰落所引起的時(shí)變特性，也就是那些傳播信號(hào)的相互疊加。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書3認(rèn)知無線電OFDM系統(tǒng)多用戶資源分配算法的研究在基一個(gè)多用戶OFDM系統(tǒng)中，基站可能同時(shí)支持多個(gè)用戶在不同的位置，因此，在多用戶的情況下，不同的用戶請(qǐng)求的業(yè)務(wù)可能不同，因此需要不同的服務(wù)質(zhì)量，系統(tǒng)給予支持。此時(shí)，一種用戶的自適應(yīng)分配算法利用后遺棄在深層，也衰落信道的，無法供其他用戶造成的，對(duì)資源的浪費(fèi)，充分利用基站和動(dòng)態(tài)資源配置之間對(duì)不同渠道模式多個(gè)用戶是完全獨(dú)立的干擾。其他用戶通常不會(huì)孩子，通道深信道所有用戶，因此可以通過對(duì)用戶每比特自適應(yīng)子載波功率分配學(xué)習(xí)，了充分運(yùn)用資源。算法多用戶適應(yīng)問題，中為進(jìn)一步降低了計(jì)算的算法。本章最后，普通功率的分配研究。3.1OFDM系統(tǒng)中多用戶自適應(yīng)分配問題模型圖3-1是OFDM系統(tǒng)的下行鏈路[16]的結(jié)構(gòu)框圖。有K個(gè)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行在信道力進(jìn)行編碼，然后對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行交織，進(jìn)行聯(lián)系，會(huì)映射到子載波上同時(shí)在自適應(yīng)子載波和功率分配算法，一起進(jìn)行自適應(yīng)的算法，通過對(duì)數(shù)據(jù)的傅里葉的逆變換，再通過加入保護(hù)間隔，防止符號(hào)間的發(fā)生干擾，如果想得到其中某一個(gè)K用戶的信息，則需要對(duì)其進(jìn)行去掉保護(hù)間隔，然后對(duì)數(shù)據(jù)再進(jìn)行傅里葉變換，通過自適應(yīng)的解調(diào)，最后經(jīng)過依次逆映射，用戶就會(huì)收到相應(yīng)的信息。表示第k個(gè)用戶分配到的子載波的集合，是信道的單位噪聲功率譜密度，B表示系統(tǒng)總的帶寬，根據(jù)不同的優(yōu)化目標(biāo)，然后，可以有不同的數(shù)學(xué)模型的建立。與第一種情況的優(yōu)化目標(biāo)是在一個(gè)給定的k個(gè)用戶發(fā)送速率和誤碼率的發(fā)送功率，需要把最小的功率的情況下，這個(gè)問題可以表示：（3-1）約束條件為：（3-2）接受如圖3-1多用戶OFDM系統(tǒng)下行鏈路框圖第二是系統(tǒng)發(fā)送速率為優(yōu)化目標(biāo)，即給定總發(fā)射電力，提高系統(tǒng)傳輸?shù)乃俣?，問題如下：（3-3）約束條件：（3-4）（3-5）對(duì)所有的是不相交的集合。3.2OFDM系統(tǒng)中的Wong自適應(yīng)分配算法在文獻(xiàn)中，C.Y.Wong等人提出了在多用戶OFDM系統(tǒng)當(dāng)中，子載波的比特和功率需要分配一定的資源。其中，Wong算法[16]其實(shí)是“注水”算法的一種變形，它的特點(diǎn)是根據(jù)各個(gè)用戶信道所發(fā)送的瞬時(shí)功率，要比其它傳統(tǒng)的算法功率要小一點(diǎn)，因?yàn)樵谟邢薜碾娫辞闆r下，并且有著最大化信道的處理能力，而且考慮到用戶業(yè)務(wù)的需求，則需要轉(zhuǎn)移率的算法的固定，只有在固定的通道中，才能最大限度地減少發(fā)送功率，進(jìn)而使發(fā)送功率進(jìn)行最小化的處理。3.2.1Wong算法簡介首先對(duì)C.

Y.Wong算法中的參數(shù)進(jìn)行一下說明，如果系統(tǒng)支持的用戶數(shù)是K，這是第一個(gè)K用戶數(shù)據(jù)速率。因?yàn)橐粋€(gè)子的載體不能同時(shí)通過兩個(gè)或兩個(gè)以上的用戶使用，因此，對(duì)所有的當(dāng)時(shí),有。設(shè)是對(duì)第k個(gè)用戶而（3-6）那么系統(tǒng)總的發(fā)射功率為：（3-7）其中，N是子載波數(shù)，K是用戶數(shù)。因此，本算法的優(yōu)化問題變?yōu)橐螅海?-8）同時(shí)滿足下列限制條件：（3-9）當(dāng)時(shí)，有其中的就意味著第k個(gè)用戶不使用第n個(gè)子載波發(fā)送信息。式（3-7）的可解性取決于的特征，即要求是凸面函數(shù)。一般的編碼和調(diào)制方法都滿足這個(gè)條件。這讓任何單用戶最優(yōu)算法不是最優(yōu)算法。所以，C.Y.Wong的算法對(duì)（3-7）的最優(yōu)問題進(jìn)行了變型，形成了一個(gè)類似的優(yōu)化問題。首先，的條件放寬為幾區(qū)間的實(shí)數(shù)。其次，定義第n個(gè)子載波的分配因子是處于區(qū)間[0,1]的實(shí)數(shù)，其中因此，式（3-7）的最優(yōu)化問題變?yōu)椋海?-10）同時(shí)滿足下列限制條件：（3-11） （3-12）為了滿足（3-11）優(yōu)化問題的條件，必須設(shè)定：（3-13）這樣，式（3-11）和式（3-12）就成為等價(jià)最優(yōu)化問題，并且的下限。但是，式(3-10)中又出現(xiàn)了新的問題。雖然凸面函數(shù)，但并不是的凸面函數(shù)，為此，設(shè)，則，那么，式（3-12）及其限制條件可重新寫成：（3-14）（3-15）（3-16）可以證明，式（3-16）中的是（）在和區(qū)域上的凸面函數(shù)。對(duì)式（3-14）求拉格朗日等式，可得：（3-17）其中，和是式（3-17）的拉格朗日乘數(shù)因子。由式（3-14）對(duì)和求偏導(dǎo)，并經(jīng)過分析可得最優(yōu)解（）：（3-18）其中有一公式（3-17）和（3-18）對(duì)齊進(jìn)行合并得出：（3-19）另外，還可以得到：（3-20）其中（3-21）因?yàn)橐獫M足式（3-20），即子載波n只能被一個(gè)用戶使用，所以當(dāng)各不相同時(shí)，只最小的用戶才能使用子載波n，即：（3-22）（3-23）從以上描述可以看出，如果現(xiàn)有的一的固定集合，那么就可以通過式(3-23)獲得每一個(gè)子載波的，進(jìn)而求出最優(yōu)解和式但還有一個(gè)問題，就式（3-22）的限制條件不一定得到滿足，因此C.Y.Wong算法采取迭代搜索運(yùn)算對(duì)進(jìn)行調(diào)整。首先，為所有的設(shè)定一些較小值，然后選一個(gè)進(jìn)行增加，直到所有用戶完成調(diào)整。在這一點(diǎn)上，率在所有用戶的條件。在調(diào)整的過程中，如果有多個(gè)具有相同的值，那么，這就意味著多個(gè)用戶共享子載波n。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以讓不同的用戶在不同的OFDM符號(hào)中使用子載波n，使用的OFDM符號(hào)數(shù)與的值成正比。在獲得了最優(yōu)解之后，就可以得到：（3-24）如果對(duì)和作簡單的量化，則會(huì)導(dǎo)致式(3-23)得不到滿足。以首先利用式(3-24)得到最優(yōu)解，將子載波n分給值最大的用戶，即：（3-25）（3-26）如圖3-2所示C.Y.Wong算法的流程圖首先，假定一個(gè)OFMD系統(tǒng)采用MQAM調(diào)制方式，其所帶比特?cái)?shù)的集合表示為。根據(jù)文章可以得到在給定誤比特率的情況下，發(fā)送c比特/符號(hào)所需的功率為：（3-27）其中，，B是與、有關(guān)的常數(shù)。顯而易見，的凸面函數(shù)且，因此，很容易得到：（3-28）其中，A是與、有關(guān)的常數(shù)。3.3典型多用戶OFDM系統(tǒng)的RA算法3.3.1容量最大化算法在這個(gè)RA算法中，關(guān)鍵部分就是計(jì)算容量最大化，容量最大化算法分為子載波和功率分配兩個(gè)階段為了能夠最大化的限制子載波的傳輸速率，會(huì)給單獨(dú)的用戶分配一個(gè)瞬時(shí)的子載波，用戶會(huì)得到好的傳輸通道。當(dāng)子載波分配后，認(rèn)知用戶OFDM系統(tǒng)的傳輸速率可以表示：（3-29）其中，K為認(rèn)知用戶的總數(shù)，N為子信道的總數(shù)，B是信號(hào)傳輸?shù)念l譜寬帶，為總的發(fā)射功率，是第k個(gè)用戶在第n個(gè)子信道上的功率，是第k個(gè)用戶中第n個(gè)信道上面的信道增益。功率限制條件：（3-30）（3-31）當(dāng)各路的子載波被分配后，在認(rèn)知無線電多用戶OFDM系統(tǒng)，可以被認(rèn)為處于一種動(dòng)態(tài)環(huán)境的子載波分配的頻分多址系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)包括用戶分配給自己的個(gè)人數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，所以就沒有其他用戶的干擾。在權(quán)力配置的第二階段的過程中，多用戶OFDM系統(tǒng)可以看作是一個(gè)虛擬的單用戶系統(tǒng)，只需要考慮子載波分配問題之間的傳輸功率。功率分配算法，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)分配的最大數(shù)據(jù)傳輸率。3.3.2最小容量最大化算法最小容量最大化算法提出了最小容量最大化問題，這個(gè)算法需要考慮各個(gè)用戶之間的速率公平性?？偟陌l(fā)送功率分配給子載波是平均的，所以算法只是考慮了子載波在用戶之間的分配，但是沒有考慮功率在子載波間的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。速率最小的在算法中是具有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)檫@樣速率小的用可以優(yōu)先選擇子載波，這樣傳輸信道中條件差的用戶可以得到最大容量。進(jìn)一步來說是準(zhǔn)確了所有用戶都有了一個(gè)相似的數(shù)據(jù)傳輸速率，即。其他參數(shù)跟上面表示的含義一樣，意思是分配給用戶k的子載波數(shù)的集合。算法描述如下：（1）初始化。令，。（2）初始分配。1）k=1；2）尋找n，滿足，；3）令，更新；（3）當(dāng)時(shí)，分配結(jié)束。3.3.3比例速率限制下容量最大化算法算法中引入了比例公平的概念，也就是，使總?cè)萘吭谟脩糸g成比例分配，最大化系統(tǒng)容量的同時(shí)確保用戶間的公平性算法分為子載波和功率分配階段。通過子載波的分配后，如果使用了最小容量的最大化算法中的子載波分配算法，通過載波的分配后，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾手R(shí)簡單符合公平性。當(dāng)載波分配結(jié)束后，優(yōu)化問題表示為：（3-32）限制條件：（3-33）（3-34）用拉格朗日方法構(gòu)造代價(jià)函數(shù)：（3-35）其中，為拉格朗日乘子。對(duì)求導(dǎo)并令倒數(shù)等于零有（3-36）（3-37）（3-38）其中，，表示分配給用戶k的子載波集合。其總功率的限制和比例約束可以計(jì)算出每個(gè)用戶的總功率容量比例約束可以寫成如下：（3-39）其中。和定義為（3-40）總功率限制條件為：（3-41）由式（3-40）與式（3-41）包含在K方程的方程，共有k個(gè)變量。通過求解方程可以獲得最優(yōu)的功率分配方案，方程通常是非線性的，但是，可以通過迭代的方法來解決，如牛頓迭代法可獲得最佳的的解決方案，但成本一定的計(jì)算復(fù)雜度。然而，該算法可以為用戶提供最大的公平，在大多數(shù)的無線系統(tǒng)，不同的用戶有不同的利率；利率限制，引入最大容量算法速率比例公平，需要使用牛頓迭代法求解非線性方程組，計(jì)算復(fù)雜度高；算法RA，因此，RA優(yōu)化算法的研究主要集中在比例約束，最大的系統(tǒng)容量，同時(shí)保證總?cè)萘渴怯脩糁g的分配比例，同時(shí)降低了算法的復(fù)雜度。3.4具有分配公平性的多用戶自適應(yīng)分配算法C.Y.Wong算法分配的原則是在用戶數(shù)據(jù)速率受限的情況下，盡量減少系統(tǒng)的總發(fā)射功率。它的有效性和收斂速度很大程度上取決于初始參數(shù)的選擇，即搜索點(diǎn)位置。反映計(jì)算量相對(duì)固定的計(jì)算量和初始化搜索算法計(jì)算變化很大。另一種功率分配算法的多用戶系統(tǒng)，其配置的原則是總發(fā)送功率受限的條件下，最大限度地提高系統(tǒng)的容量。容量最大化的問題，在數(shù)學(xué)模型建立的文學(xué)，和多用戶OFDM系統(tǒng)是通過降低功率鏈路容量最大化理論推導(dǎo)證明分配的原則是：一個(gè)子載體應(yīng)該分配給用戶提供最佳的信道增益。在此理論指導(dǎo)下可以介紹，隨著用戶的增加，信道容量也將不斷增加。此外，當(dāng)用戶足夠大，衰落信道的多用戶系統(tǒng)的容量可以在AWGN信道下能力，這是沒有對(duì)每個(gè)用戶數(shù)據(jù)速率的多用戶分集效果的算法可能是有限的，因此，一些用戶可能會(huì)因?yàn)橛凶钭記]有人分不到任何子載波信道。為了解決這一問題，提出了一種以最大化系統(tǒng)的容量分配算法，不僅把權(quán)力有限，而且在率計(jì)算的固定金額的比例分布滿足多用戶做了進(jìn)一步的簡化。3.4.1速率比例固定的多用戶自適應(yīng)分配算法ZuKangShen本論文提出一率比固定用戶的最佳功率分配算法，最大限度地提高系統(tǒng)容量，在A基站OFDM系統(tǒng)。認(rèn)為安切洛蒂獲得準(zhǔn)確信息的所有用戶的瞬時(shí)信道發(fā)送的廣播模式，若只考慮站的話，可以選擇和分配子載波發(fā)射機(jī)功率為每個(gè)服務(wù)用戶。為了能夠減少計(jì)算量的復(fù)雜度，ZuKangShen博士提出了將分配的問題分成兩個(gè)部分子載波的分配和功率的分配。如果已經(jīng)得到了，，那么在此基礎(chǔ)上，ZuKangShen算法的最優(yōu)化問題可以建模為:（3-42）約束條件：；（3-43）；（3-44）對(duì)所有的是不相交的集合：；（3-45）；（3-46），是一個(gè)預(yù)先定義的集合，其目的是保證各用戶的資源分配按一定的比例進(jìn)行，即具有一定的公平性。是第k個(gè)用戶的信道容量，它與所分配的功率有關(guān)，可以表示為：（3-47）。ZuKangShen算法中的子載波分配借用了其中的算法。由于中假定各子載波的功率分配是均等的，而ZuKangShen算法需要對(duì)功率分配進(jìn)行優(yōu)化，因此兩者之間是有一定差別的。中的子載波分配算法雖然不能完全適用于,但可以作為對(duì)各用戶所分配的子載波數(shù)的一個(gè)粗略估計(jì)，因此先采用了的算法大致估計(jì)了每個(gè)用戶所分配的子載波數(shù)，然后再優(yōu)化功率分配。結(jié)合文獻(xiàn)可以得到子載波的分配過程如下：初始化對(duì)所有的k，尋找一個(gè)n滿足；（2）根據(jù)1）修改集合和A，，并利用（3-46）計(jì)算；（3）如果，重復(fù)以下步驟，知道。尋找一個(gè)k，使它相應(yīng)的最小，；對(duì)1）中找到的k，尋找一個(gè)n滿足；3）根據(jù)找到的k和n，修改集合和A，并利用（3-47）計(jì)算；3.4.2單用戶功率分配在ZuKangShen算法最優(yōu)化問題模型的基礎(chǔ)上，采用拉格朗日乘數(shù)法可以得到式的修正函數(shù)為：（3-48）將式（3-35）對(duì)所有的求偏導(dǎo)，并使其偏導(dǎo)為0，可得：（3-49）（3-50）其中，，表示分配給用戶k的子載波集合。在（3-37）和（3-38）的基礎(chǔ)上，就可以對(duì)每個(gè)用戶進(jìn)行最優(yōu)的功率分配。（3-51）則式（3-50）可以改寫為：（3-52）假設(shè)分配給第k個(gè)用戶的總功率的,那么：（3-53）3.4.3多用戶之間的功率分配由式（3-52）和式（3-53）可以將各用戶速率比例的約束條件改寫為（3-54）其中：（3-55）由于總功率受限，因此可以得到功率的約束條件為：（3-56）聯(lián)立式（3-55）和式（3-56）可以得到K等式，由這K等式可以求解K個(gè)變量，即得到最優(yōu)的功率分配。由式（3-55）和式（3-56）聯(lián)立得到的K個(gè)等式的求解可以采用牛頓法或近似牛頓法，但求解過程是非線性的迭代過程，運(yùn)算量較大。在某些特殊的情況下，如高信噪比條件或線性條件(即)滿足時(shí)，這個(gè)方程組求解的計(jì)算量可以減少。對(duì)高信噪比條件滿足的情況進(jìn)行了詳細(xì)討論，對(duì)線性條件滿足的情況進(jìn)行討論。以下分別敘述。如果基站可以提供大功率支持高信噪比的話，那么從就會(huì)遠(yuǎn)大于1。基于這兩點(diǎn)假設(shè)，式(3-55)可以簡化為：（3-57）將式（3-57）代入式（3-56）可得到只有一個(gè)變量的方程：（3-58）其中：（3-59）（3-60）式可以通過牛頓尋根發(fā)來求解。在求得之后，可得：（3-61）對(duì)線性條件滿足時(shí)的情況進(jìn)行了討論,即。此時(shí)，將式(3-60)中的用來代替，可以得到K個(gè)線性方程，表示成：其中：（3-62）（3-63）因此，可以得到各用戶所分配的功率，再通過（3-61）和（3-62）就可以完成各用戶各子載波的分配。3.5本章小結(jié)通過對(duì)本章對(duì)幾種研究算法的研究，例如經(jīng)典的RA算法、C.Y.Wong算法、速率比例算法等，幾種基于認(rèn)知無線電的OFDM系統(tǒng)多用戶資源分配算法，發(fā)現(xiàn)了它們之間是相互聯(lián)系的，又是有差別的，各有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。C.Y.Wong算法的計(jì)算精確但是復(fù)雜度高，經(jīng)典的RA算法比較啰嗦，冗余度長，步驟繁瑣，功率分配算法是公平的。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書4CR-OFDM迭代注水算法基于認(rèn)知無線電OFDM系統(tǒng)多用戶資源分配的算法本節(jié)中將采用典型的迭代“注水”的算法。因?yàn)樵谶@個(gè)算法中這些認(rèn)知用戶所采用的頻段是不固定的分配的，都是隨機(jī)分配，隨機(jī)變化的，而且都可能用戶所使用的頻譜可能不是連續(xù)的，有可能是間斷的。這個(gè)算法是基于認(rèn)知無線電中OFDM系統(tǒng)中是可以經(jīng)過自適應(yīng)的技術(shù)給各路的子載波分配靈活的控制功率，所以在本節(jié)中主要是研究的針對(duì)CR-OFDM系統(tǒng)。這個(gè)算法是比較傳統(tǒng)的很具有代表性的算法，所以下面就這算法做簡單的介紹。在第一章中，就簡單的介紹了認(rèn)知無線電的授權(quán)用戶，就是擁有一定的頻譜頻段，但是在這些專門擁有頻譜授權(quán)的用戶中，也有可能他們并沒有使用這些頻率，所以這些未使用的頻率稱為頻譜的空穴。后來T.Weiss博士和F.jondra提出有關(guān)頻譜資源的解決方案，但是最近的研究顯示，在檢測(cè)一些微弱的信號(hào)是有一定的難度的。所以，在發(fā)送信號(hào)發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸過程中需要經(jīng)過自適應(yīng)的調(diào)整去調(diào)節(jié)發(fā)射功率和調(diào)制方式，使這些認(rèn)知的無線電用戶和授權(quán)的用戶能夠在同一時(shí)間段和同一頻率中是同步的，步調(diào)是一致，在這樣的情況下工作。而不影響彼此的認(rèn)知用戶之間的授權(quán)用戶的干擾低于某一閾值時(shí)，認(rèn)知用戶接收端的信號(hào)也可以被檢測(cè)到，都可以正常通信。所以在這篇文章中，就提出了一種算法那就是“注水”算法的分配多用戶的資源，和傳統(tǒng)的平均功率算法來相比較而言，在一定程度上不僅提高了系統(tǒng)性能，而且降低了系統(tǒng)計(jì)算的復(fù)雜度。4.1系統(tǒng)模型如圖4-1是一個(gè)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的模型，在本節(jié)中，介紹的是CR-OFDM系統(tǒng)的下行鏈路。在下面當(dāng)中假設(shè)在同一時(shí)間中，社區(qū)服務(wù)中有幾個(gè)授權(quán)用戶的基站，K為認(rèn)知用戶的個(gè)數(shù)和服務(wù)的總數(shù)，在一定時(shí)間段內(nèi)的基站接收和控制通信的認(rèn)知用戶的請(qǐng)求后，中心開始測(cè)試頻譜然后訪問。在無線電認(rèn)知無線電的用戶可以檢測(cè)出周圍的頻譜的使用情況如圖中4-2中，其中，社區(qū)的基站能夠在頻譜空穴中得到認(rèn)知無線電的信道特性，授權(quán)中的用戶上的各路子載波之間是相互重疊的，是授權(quán)用中的各路子載波數(shù)，且在擁有頻譜的用戶使用的各路子載波數(shù)上上，其中基站可以不受授權(quán)用戶的通信之間的干擾功率上限。圖4-1是認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的模型圖4-2某個(gè)時(shí)刻子載波使用狀況無線電的認(rèn)知用戶是可以免費(fèi)訪問各路子載波之間的載體，授權(quán)用戶是能夠滿足各路上的子載波用戶上的通信頻段，如果子載波中的頻譜被分配給了認(rèn)知的授權(quán)用戶所使用的時(shí)候，這些無線電中的認(rèn)知用戶經(jīng)過的調(diào)制方式和傳輸功率還可以使用它，當(dāng)然，這是有條件的那就是無線點(diǎn)中認(rèn)知用戶對(duì)授權(quán)了的用戶應(yīng)該在一定的限制下，并不是意味著是會(huì)影響授權(quán)用戶的正常的通信信息，無線電中的認(rèn)知用戶的信號(hào)是可以被檢測(cè)到的。所以在多用戶資源分配中的思想是要求能夠追求許多的無線認(rèn)知用戶的吞吐量，是其吞吐量最大化。無線資源分配的數(shù)學(xué)表達(dá)模型為：（4-1）其約束條件為：；（4-2）；（4-3）4.2子載波的分配算法在子載波的分配算法中，需要先假設(shè)每個(gè)無線認(rèn)知用戶中的每個(gè)子載波上分配的一樣的功率為，然后子載波將給傳輸?shù)恼J(rèn)知用戶中將傳輸速率最大的用戶分配瞬時(shí)速率，如下面式子所示的。（4-4）從上面的式子中這個(gè)表示的是認(rèn)知無線電中的認(rèn)知用戶當(dāng)中的第k個(gè)用戶在第n個(gè)子載波上傳輸?shù)乃俾?，下面是它的表達(dá)式：；（4-5）表示的是從第n個(gè)子載波上傳輸速率的最大的用戶為k，，表示的是各路子載波中第n個(gè)子載波所分配了其中第k個(gè)用戶所具有的最大的傳輸速率。當(dāng)這個(gè)無線電中的各路子載波完成分配的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候就可以重新分配功率，這樣就可以實(shí)現(xiàn)功率的最佳分配了。4.3功率分配算法功率分配算法其實(shí)一個(gè)非常經(jīng)典的一個(gè)研究問題，當(dāng)中采用的注水算法可以求出吞吐量最大化的最優(yōu)解，并且信號(hào)在較低的噪聲環(huán)境中，則注水算法其實(shí)是對(duì)系統(tǒng)的容量的改善情況也較好?？墒沁@個(gè)注水算法需要多次重復(fù)即迭代。其中文獻(xiàn)給出功率分配的貪婪算法以及改進(jìn)的算法，可只是縮小了迭代的次數(shù)，所以現(xiàn)在最主要的思想是研究運(yùn)算量中最小的次優(yōu)解。通過上面的研究，其實(shí)注水算法的主要的功能是可以實(shí)現(xiàn)功率分配，讓系統(tǒng)達(dá)到最大的傳輸速率，這個(gè)功率法實(shí)質(zhì)上是在“注水”算法的改進(jìn)技術(shù)。4.3.1注水算法“注水”算法其實(shí)是在系統(tǒng)中吞吐量的最好最優(yōu)的功率分配方案。當(dāng)頻譜通過子載波之間的分配后，CR-OFDM系統(tǒng)會(huì)有一個(gè)等效的認(rèn)知用戶，并且這個(gè)用戶可以等效為信道H，則對(duì)這個(gè)信道中的功率可以分配的問題可以為：(4-6)其約束條件為：(4-7)在表達(dá)式中，是第n個(gè)子載波中所分配的功率，且其實(shí)是等效無線電中用戶的在第n個(gè)子載波上的信道增益。為了得到用戶中的第n個(gè)子載波上分配的功率，可以根據(jù)拉格朗日的方法來獲得其極值，下面表達(dá)式即是第n個(gè)用戶的分配功率：(4-8)在式子中為拉格朗日因子，從上面的式子可以計(jì)算得到信道增益打的子載波得到的分配功率較大。4.3.2約束注水算法在一般的情況下，各用戶都是授權(quán)的用戶，都擁有一定的頻譜。所以當(dāng)載體被分配給授權(quán)用戶的時(shí)候，頻譜的認(rèn)知能力利用子載波上的頻譜權(quán)利的分配應(yīng)該嚴(yán)格的要求是要比上限要求的干擾要低的先驗(yàn)估計(jì)，這就是各路子載波被約束的權(quán)利，就會(huì)等效成（4-8）的式子。把這個(gè)式子叫做約束分配算法。使用約束分配算法步驟如下：1．當(dāng)各路子載波之間完成頻譜的分配后，也就是將獅子（4-1）中的子載波分配給一定的認(rèn)知用戶后，可以利用這個(gè)“注水”算法得到，其中這個(gè)p為的功率向量，它表示的是認(rèn)知無線電中這些認(rèn)知用戶的子載波上分配的功率。2．比較分配后的擁有頻譜用戶的子載波人，然后比較和門限，然后取兩者之間的最小值，因?yàn)樵谧⑺惴ㄖ校峙涞墓β室∮陬A(yù)先的門限值。最好是用戶中子載波分配的功率不要大于基站發(fā)送的總的功率，不然可能會(huì)造成不必要的資源浪費(fèi)。3．計(jì)算剩余這些功率之和，平均功耗以正交，未委托用戶使用最大化功率資源上算法是。而不會(huì)干擾用戶要求實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也最大限度地利用系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)的頻譜效率。注水算法的流程如圖4-3所示。如圖4-3注水算法流程圖4.3.3仿真結(jié)果與分析如圖4-4經(jīng)典注水功率分配算法仿真圖注水算法本身是根據(jù)信道上各路子載波的狀態(tài)，根據(jù)這個(gè)來給用戶分配功率的，如果信道處于的狀態(tài)越好則用戶分配的功率就越多，如果信道處于的狀態(tài)越差則分配的功率就越少。通過Matlab仿真實(shí)驗(yàn)來證明這個(gè)“注水算法”的有效性。由上述可得子載總數(shù)n=64,在一般情況下所分配的功率為15左右，可是在第50個(gè)子載波中其分配的功率最大，可以知道這個(gè)信道的狀態(tài)是最好的，所以分配的功率就很多。圖4-5迭代分塊注水功率分配算法仿真圖從圖中仿真的結(jié)果來看，頻譜的分配功率有高有低，可能是子載波之間功率泄露的多少造成不同的分配功率。從這個(gè)仿真圖中可以看到這個(gè)信道是頻率選擇性衰落。子載波總數(shù)為64，將它均勻分成四個(gè)信道，每個(gè)子信道中包含16個(gè)子載波。從圖4-5中可以看到在第四個(gè)信道上的功率水位是最高的，主要原因是子信道上面所發(fā)送的功率要比其相應(yīng)的子信道上的功率要小，并且相應(yīng)的約束條件也是寬松的。4.4本章小結(jié)注水算法實(shí)踐起來比較簡單的，可是在實(shí)際操作過程中，認(rèn)知無線電的主用戶會(huì)受到與其對(duì)應(yīng)的子信道上次用戶的傳輸?shù)母蓴_，甚至可能因?yàn)槠渌淖虞d波功率的泄露，可是在本節(jié)中卻忽略了子載波的功率泄露問題。結(jié)論結(jié)論經(jīng)過本章研究有關(guān)基于認(rèn)知無線電OFDM系統(tǒng)多用戶資源分配算法的研究，可以了解到，首先應(yīng)該先了解有關(guān)認(rèn)知無線電方面的知識(shí)，認(rèn)知無線電的提出背景是因?yàn)楝F(xiàn)在的頻譜資源越來越少，所以研究人員就提出了有關(guān)認(rèn)知無線電的概念主要的目的是為了提高頻譜的利用率，使頻譜能夠得到充分的利用。其次應(yīng)該了解什么是OFDM系統(tǒng)，所以在第二章中簡單介紹了OFDM提出的背景，OFDM產(chǎn)生的原理和相應(yīng)系統(tǒng)中部分結(jié)構(gòu)的作用，以及OFDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)和相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。主要是為了能夠降低數(shù)據(jù)的發(fā)送功率和提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。最后在第三章中簡單介紹了幾種有關(guān)多用戶資源分配的研究算法，像Wong算法、經(jīng)典的RA算法、和分配公平的速率比例算法和第四章中研究的迭代注水算法等。綜合以上的分析本文主要是在認(rèn)知無線電系統(tǒng)的研究的基礎(chǔ)上，對(duì)動(dòng)態(tài)頻譜資源分配算法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，使人們?cè)鲩L了對(duì)這方面的有關(guān)技術(shù)。致謝致謝轉(zhuǎn)眼間，四年過去了，這將是最后一次給學(xué)校交作業(yè)，希望能給老師一個(gè)滿意的作業(yè)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間，我要特別的感謝我的指導(dǎo)老師侯華老師，她是一個(gè)很負(fù)責(zé)的老師，因?yàn)樗苊?，可是還是在忙中給每周進(jìn)行輔導(dǎo)。非常感謝老師對(duì)的悉心教導(dǎo)，每次都是很耐心的給說哪里錯(cuò)了，怎么改，下面該寫什么，她在非常認(rèn)真的看著的每次報(bào)告，甚至一行的錯(cuò)給標(biāo)出來，是一個(gè)特別負(fù)責(zé)人的老師，中午不回去，就是為了給輔導(dǎo)，特別心細(xì)的人，前幾次都挺嚴(yán)肅的，知道這是為了讓能拿出更好的東西，不但在學(xué)習(xí)上給幫助，在生活也給了很多正能量，遇到困難要勇敢向前沖，不要退縮，不要找借口，做一個(gè)積極樂觀的人。在這四年中，感覺自己也成長了不少，學(xué)到了不少，因?yàn)榇髮W(xué)其實(shí)主要還是看自己控制能力，老師不會(huì)像高中一樣管的死死的，所以很多時(shí)候都是靠自己的自制力去學(xué)習(xí)。應(yīng)該積極的參加學(xué)校組織的活動(dòng)，擴(kuò)展一下自己的視野，還能交到好朋友。學(xué)到了和同學(xué)之間和諧共處，相信團(tuán)結(jié)是可以為集體贏得榮譽(yù)。通過這次做論文過程中，發(fā)現(xiàn)自己不會(huì)的有很多，需要積極向別人請(qǐng)教，自己還不顧沉穩(wěn)，要學(xué)會(huì)遇到事情要冷靜，很多事情只能靠自己，不能靠別人，畢竟有些路注定要自己走。再次感謝我的老師，我的同學(xué)，謝謝！參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]曾軻.基于博弈論的認(rèn)知無線電頻譜分配技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué)，2007[2]廖楚林.認(rèn)知無線電系統(tǒng)的頻譜分配算法研究[D].電子科技大學(xué)，2007[3]趙勇.認(rèn)知無線電的發(fā)展與應(yīng)用[J].電訊技術(shù)，2009，06:93-101[4]楊蕊.認(rèn)知無線電頻譜資源分配與共享技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2012[5]李映雪.認(rèn)知無線電中的頻譜感知技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)，2013[6]周明月.認(rèn)知無線電系統(tǒng)的資源分配問題研究[D].吉林大學(xué)，2014[7]孫崇強(qiáng).基于OFDM的水聲通信關(guān)鍵技術(shù)研究[D].鄭州大，2013[8]王明華.高速水聲通信中OFDM的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2007[9]徐軍.MIMO-OFDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2007[10]諸文.IEEE802.16d物理層OFDM關(guān)鍵技術(shù)研究[D].東華大學(xué)，2007[11]李悅.OFDM關(guān)鍵技術(shù)研究[J].信息通信，2005，05:36~37[12]AshishGoel,PreranaGupta,MonikaAgrawal.SERanalysisofPTSbasedtechniquesforPAPRreductioninOFDMsystems[J].DigitalSignalProcessing,2013,231:.[13]RakeshRanjan,DebjaniMitra.HMMmodelingforOFDMBERperformance[J].AEUE-InternationalJournalofElectronicsandCommunications,2014,[14]YongfengGuan,TaoXu,ReneLeuken,ManyiQian.ParallelChannelEstimatorandEqualizerforMobileOFDMSystems[J].Circuits,Systems,andSignalProcessing,2014,333:.[15]許源源.MI