基于能量采集技术的认知网络的仿真与应用

发布时间：2020-07-03 03:27

【摘要】：认知中继网络具有诸多优势,比如扩大信号覆盖范围、降低网络通信干扰、频谱资源利用率高等。然而,对于能量受限的认知中继网络,一旦中继节点的能量耗尽,借助其进行的信息传输就会终止。为了解决网络能量受限的问题,能量采集技术应允而生,成为一项有效延长无线通信网络寿命的新技术。考虑Nakagami-m衰落环境,本文主要研究了基于能量采集(Energy Harvesting,EH)的认知中继网络,并取得了一些研究成果。首先,针对单天线的认知解码转发(DecodeandForward,DF)中继网络,考虑中继节点采用能量采集技术中的功率分配协议(Power Splitting,PS)收集能量,认知发送端S和认知中继R的传输功率均受到其最大发送功率和主用户所能容忍的最大干扰功率的限制,这样不仅能够提高网络频谱的使用率,扩大通信范围同时也增加了设备的使用时间,降低了经济成本。我们利用二项式展开等数学技巧,获得了其在Nakagami-m衰落环境下的中断概率表达式。所得到的结果与MonteCarlo仿真曲线匹配,证明了分析结果的真实性,本项研究成果可以指导Nakagami-m衰落环境下认知中继网络的结构设计与性能优化。其次,我们在上一研究的基础上分析了认知增量DF(IncrementalDecodeandForward,IDF)中继网络的传输可靠性问题。考虑认知发送端与接收端之间存在直传链路,当直传链路通信质量良好时,发送端直接发送信息给接收端;否则,发送端通过一个能量采集的中继节点转发信息给接收端,以保证良好的通信质量。我们获得IDF协议下该网络准确的中断概率表达式。分析值和仿真值的匹配检验了理论的真实性,最后的结论为认知中继网络提出了一种精确稳妥的通讯方式。最后,针对多中继和多主用户下的认知中继网络的中断性能,我们研究了两种能量采集协议下的网络的中断概率。其中,第一种是功率分配协议(PS),中继将接收到的信号能量一分为二,分别用来转化为自身的能量和处理接受的信号。第二种是时间转换协议(Time Switching,TS),中继在一小段时间中获取接受信号的能量,并在其余时间里从接受到的信号中检索信息。这部分研究为认知多中继能量采集网络的方案设想与改进提供了有效的理论凭借。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN925
【图文】：

频谱,中继网络,传递信息

认知中继网络通过使用协作分集技术和ＣＲ技术，不仅可以改善分集效果，加强抵御逡逑干扰能力、扩大通信范围，还能够提升频带利用率［ＩＨ８］。逡逑如图１．３所示，一个协作认知网络，ＰＵ发送端，通过ＤＤ１、ＤＤ２和ＤＤ３认知节点的逡逑辅助，向ＰＵ接受端传递信息。每个认知节点都有各自的传输网络，但由于认知网络没有逡逑固定的频谱，所以它们需要与ＰＵ网络共享频谱资源，这就意味着，当ＰＵ正在通信时，认逡逑知节点则充当一个辅助中继的作用，帮助ＰＵ传递信息，而当ＰＵ停止信息传输时，认知逡逑节点可以利用ＰＵ的频段进行各自的内部通讯。因此，将ＣＲ技术用在协作通讯网络上，不逡逑单能够极大地提升现有频段的利用效率，改进协作网络频谱接入机会，还可以更好的提升逡逑通讯质量和系统的可靠性能，扩展系统的覆盖范围来满足用户通讯需求？８］［６６］。逡逑

中继网络,中继,发送机,能量

逦Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ邋Ｒｅｃｅｉｖｅｒ，邋Ｄ逡逑图２．１认知ＤＦ中继网络模型逡逑如图２．邋１所示，我们考虑认知中继网络由一个主用户ＰＵ、一个能量采集中继Ｒ、一个逡逑辅助发送机Ｓ和一个辅助接收机Ｄ构成。考虑辅助收发机在不干扰ＰＵ通讯的基础下，与逡逑ＰＵ共同使用一个频率段，达成高效的频段利用。假设由于主用户ＰＵ与辅助接收机Ｄ相逡逑距较远，它们之间没有相互干扰，且辅助发送机Ｓ与辅助接收机Ｄ之间信道衰落严重不存逡逑在直传，因此辅助发送机Ｓ必须通过一个中继Ｒ与辅助接收机Ｄ进行通信。假设中继Ｒ逡逑不存在固定的电源，它需要通过采集接收信号的能量来实现信息的转发，并且辅助发送机逡逑Ｓ与中继Ｒ的传输功率都受到主用户最大可容忍千扰功率Ｉ和其各自的最大发送功率的约逡逑束。链路Ｓ－ＰＵ、Ｓ－Ｒ、Ｒ－ＰＵ和Ｒ－Ｄ的信道系数分别表示为＆、／ｉｓｒ、／ｉｒ７，和／Ｗ。中继Ｒ和逡逑辅助接收机Ｄ处的加性高斯白噪声（Ａｄｄｉｔｉｖｅ邋Ｗｈｉｔｅ邋Ｇａｕｓｓｉａｎ邋Ｎｏｉｓｅ，邋ＡＷＧＮ）分别用几／？，和逡逑几Ｄ表示

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