认知无线电是一种新颖智能的无线通信技术,通过动态利用无线信道中空闲或极少被利用的授权频谱的方式提高频谱利用率。认知无线电通过感知到的无线环境结果,分析信道状态,并决定传输参数使认知无线电设备可以根据环境改变自身的传输方式。OFDMA是认知无线电理想空中接口协议。通过理论分析和算法仿真,本文重点研究了认知OFDMA系统的平台设计实现、传输体制设计以及无线通信系统的上层资源分配和功率控制等问题。本文首先简要介绍了认知无线电的技术背景和发展现状,并分析了认知OFDMA系统应用中可能存在的问题。第二章构建了认知OFDMA系统接收机和发送机的结构框架。分析了OFDMA技术应用在认知传输系统的可行性,并说明了认知无线电系统的认知周期。描述了认知系统发送机的结构设计,包括频谱感知、数据传输和自适应控制。同时分析了认知OFDMA系统接收机的建链过程,并给出认知用户定时同步估计和频偏补偿算法。第三章认知OFDMA系统平台的设计实现是本文的重点工作。平台基于软件无线电的设计思想,为认知OFDMA系统的关键技术提供测试和验证环境。硬件平台由嵌入式处理器、可编程FPGA、数字信号处理DSP和模数/数模转换四个部分组成。每个部分都有自己独立的系统和开发环境,但是在作为认知OFDMA系统的开发平台各个部分必须协调合作。因此,针对各个部分的操作系统开发、软件程序设计、以及之间接口的设计都是平台开发和实现的难点。第四章研究了认知用户的接入功率控制问题。认知网络中主用户和认知用户共存共享无线频谱,针对认知用户和主用户子载波间的相互干扰,提出了认知用户接入功率的频谱轮廓生成算法。并针对主用户干扰约束模型,提出一种认知用户步进式的接入功率控制方法。仿真分析表明其可以在功率受限条件下提高认知用户的信道容量。第五章研究了认知网络中干扰约束下的功率和子信道分配的联合优化问题。建立了干扰约束下的频谱利用率最大化为目标函数的优化模型,并提出基于遗传算法的求解方法。通过对比启发式算法的仿真结果,可以看到本文利用遗传算法可以得到更好的效果。本文的系统设计和算法研究兼顾了有效性和实际可行性,但尚有很多问题值得进一步研究,包括自适应的度数分布控制、分布式的功率/速率/频率联合控制等。