基于能量采集的认知中继网络中断性能研究与应用
本文选题:认知中继网络 + 能量采集 ; 参考:《扬州大学》2017年硕士论文
【摘要】:如今,随着无线通信技术的发展,各种无线通信应用以及无线通信设备也不断涌现。这就使得无线通信业务呈现出爆炸式增长趋势,导致频谱资源短缺,进一步造成了无线链路堵塞的严重现象。同时无线业务量的增加使得无线用户或无线设备的能量消耗问题日益严重。如何在提高无线通信系统的频谱利用率的同时减少能量消耗是目前亟需解决的问题之一。本文的研究是基于能量采集的认知中继网络技术。认知无线电技术与协作通信技术融合即认知中继网络技术,不仅具有高分集增益的优势,而且提高了频谱资源的利用率。而无线能量采集技术,即从周围的无线频率信号中采集能量,为能量有效、持续的利用提供了一定的保障。而将无线能量采集技术与认知中继网络融合,不仅解决的频谱资源短缺的问题,而且提高了系统的能量效率问题。本文主要研究是基于无线能量采集与无线通信协议下认知中继网络在不同衰落环境下系统的中断性能。概括的讲本文研究的主要内容体现在以下几个方面:对于认知单向中继网络,研究其在较为复杂的η-μ衰落环境下的中断传输性能,获得了η-μ衰落信道下单向认知中继通信系统的中断概率的一些新的结果。具体为:对于主用户得到了适用于整数衰落参数下的中断概率的闭合表达式,而对于次用户则获得了适用于整数衰落参数下中断概率的积分形式精确解。数值和仿真结果验证了理论分析的准确性,所有的理论结果可用来指导η-μ衰落信号下基于能量采集的认知单向中继通信系统的设计和优化。对于认知单向多中继通信系统,研究其在Rayleigh衰落信道下的传输性能,根据认知中继中采集能量最大的中继选择策略,分别推导了主用户和次用户的中断概率表达式。具体为:获得了主用户中断概率的闭合表达式,另外获得了次用户中断概率准确值的表达式以及中断概率下界的闭合表达式。实验结果表明,主用户以及次用户的中断概率都会受到认知中继用户数目的影响,当增加中继用户数目的时候,两者的中断性能都有所提高。次用户不需要额外的功率供应也能取得较为合理的中断性能。且在相同条件下次用户中断性能提高的幅度大于主用户中断性能所提高的幅度。对于认知双向认知中继系统,在Nakagami-m衰落信道下,研究了认知无线通信网络的中断传输性能。考虑到次用户网络可以从主用户发送的无线信号中采集能量,首先我们推导出两个主用户在整数衰落参数下中断概率的闭合表达式,其次得到了次用户在整数衰落参数下中断概率上界的闭合表达式。分析与仿真结果表明,认知双向中继网络中,次用户也不需要额外的能量供应,且在不影响主用户通信质量的情况下,取适当的功率分配比例,也可以获得较为合理的中断性能。
[Abstract]:Nowadays, with the development of wireless communication technology, a variety of wireless communication applications and wireless communication equipment are emerging. This makes the wireless communication services show an explosive growth trend, leading to a shortage of spectrum resources, which further leads to a serious phenomenon of wireless link blocking. At the same time, the energy consumption of wireless users or wireless devices is becoming more and more serious with the increase of wireless traffic. How to improve the spectrum efficiency of wireless communication systems while reducing energy consumption is one of the problems that need to be solved. The research of this paper is based on the cognitive relay network technology of energy acquisition. The combination of cognitive radio and cooperative communication, known as cognitive relay network, not only has the advantage of high diversity gain, but also improves the utilization of spectrum resources. Wireless energy acquisition technology, that is, the acquisition of energy from the surrounding wireless frequency signals, provides a certain guarantee for the effective and sustainable use of energy. The fusion of wireless energy acquisition technology and cognitive relay network not only solves the problem of the shortage of spectrum resources, but also improves the energy efficiency of the system. This paper focuses on the interrupt performance of cognitive relay networks in different fading environments based on wireless energy acquisition and wireless communication protocols. The main contents of this paper are as follows: for cognitive unidirectional relay networks, the interrupt transmission performance in the complex 畏-渭 fading environment is studied. Some new results of outage probability for unidirectional cognitive relay systems over 畏-渭 fading channels are obtained. For the primary user, the closed expression of the interrupt probability is obtained for the integer fading parameter, while for the secondary user, the exact integral solution is obtained for the interruption probability under the integer fading parameter. Numerical and simulation results verify the accuracy of the theoretical analysis. All the theoretical results can be used to guide the design and optimization of a cognitive one-way relay communication system based on energy acquisition in 畏-渭 fading signals. For cognitive unidirectional multi-relay communication system, the transmission performance in Rayleigh fading channel is studied. According to the relay selection strategy with the largest acquisition energy in cognitive relay, the outage probability expressions of primary and secondary users are derived respectively. The main contents are as follows: the closed expression of the primary user's interrupt probability, the expression of the accurate value of the secondary user's interrupt probability and the closed expression of the lower bound of the secondary user's interrupt probability are obtained. The experimental results show that the outage probability of both primary and secondary users is affected by the number of cognitive relay users, and when the number of relay users is increased, the interrupt performance of both users is improved. Secondary users can achieve reasonable interrupt performance without additional power supply. At the same condition, the performance of the next user interrupt is larger than that of the primary user. For cognitive bidirectional cognitive relay systems, the interrupt transmission performance of cognitive wireless communication networks over Nakagami-m fading channels is studied. Considering that the secondary user network can collect energy from the wireless signal transmitted by the primary user, we first derive the closed expression of the outage probability of two primary users under integer fading parameters. Secondly, the closed expression of the upper bound of interrupt probability for secondary users under integer fading parameters is obtained. The results of analysis and simulation show that in cognitive bidirectional relay networks, secondary users also do not need additional energy supply, and take appropriate power allocation ratio without affecting the communication quality of primary users. More reasonable interrupt performance can also be obtained.
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN925
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,本文编号:1974142
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