携能认知网络的协作通信方案研究

发布时间：2017-06-18 11:05

  本文关键词：携能认知网络的协作通信方案研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线通信系统的持续发展遇到频谱资源匮乏、网络能量受限、传统点到点通信接近香农极限等前所未有的巨大挑战。认知无线电的横空出世极大限度地提高了现有频谱资源的利用率,有效地缓解了频谱资源稀缺问题。能量收集技术由于其可以为无线通信节点无间断地提供绿色无污染的能量和便捷部署的特点,而成为解决网络受限问题实现绿色通信的有效方法。本文主要就认知网络中主次用户间能量与信息的双重合作问题进行研究,有以下几点结论:针对通过时隙切换收集能量的认知无线网络,研究了主次用户间能量与信息的合作方案,即次用户作为主用户的中继节点协助其完成传输信息,为自己争取更多的机会接入主用户的授权频段;同时次用户从主用户发送端的RF信号中收集能量为中继转发和自身传输供能。通过联合优化主次用户的频段使用时隙和发射功率分配,最大化了次用户网络的数据吞吐量。针对次用户基于功率分割的接收机结构,RF信号被功率分割装置分为两部分,分别用于主用户的信息解码和RF能量收集,提出了基于功率分割的主次用户协同通信方案,为主次用户之间的能量与信息合作提供了一个额外的自由度,并使其可以在一个时隙内同时完成,有助于认知中继在接收信息与收集能量之间实现更好的折中。考虑认知中继发送信号时的子载波分配问题,即把认知中继的子载波分为两部分,分别用于主用户的数据转发和自身的信息传输,使二者可以在同一时隙内得到更好的平衡。对于产生的混合整数优化问题,本文提出了基于分支定界的最优迭代优化算法和基于对偶分解的次优迭代算法。后者性能接近最优算法,但是运算量要小很多。结合认知无线网络的通信环境和能量收集的资源特性,仿真结果表明本文提出的主次用户在能量和信息两个维度上的协作通信方案,能够更强力地保证主用户的通信服务质量,并极大地增加次用户的吞吐量,从而有效地提高认知网络的整体通信性能。
【关键词】：认知网络 能量收集 无线携能通信 协作通信 正交频分多址
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 专用术语注释表9-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-15
• 1.1.1 认知无线电简介11-12
• 1.1.2 协作通信技术简介12-14
• 1.1.3 能量收集技术简介14-15
• 1.2 认知网络中能量收集技术和协作通信技术的融合15-16
• 1.3 论文的组织结构16-18
• 第二章 相关基础知识18-30
• 2.1 RF能量收集技术基础18-22
• 2.1.1 RF能量的传播模型19
• 2.1.2 RF能量收集的硬件实现19-20
• 2.1.3 携能接收机的结构设计20-22
• 2.2 协作中继技术基础22-24
• 2.2.1 协作中继在RF能量收集中的应用23-24
• 2.2.2 协作中继在认知网络中的应用24
• 2.3 凸优化理论基础24-28
• 2.3.1 基本概念与定义24-26
• 2.3.2 凸优化问题26-27
• 2.3.3 Lagrange对偶与KKT条件27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 基于时隙切换的携能认知网络的协作通信研究30-39
• 3.1 系统模型30-32
• 3.1.1 携能认知网络30-31
• 3.1.2 携能认知中继结构31-32
• 3.2 基于时隙切换的协作通信方案32-36
• 3.2.1 主次用户间信息和能量协作的数学描述32-34
• 3.2.2 优化问题描述34
• 3.2.3 基于凸优化的联合资源分配算法34-36
• 3.3 仿真及性能分析36-38
• 3.3.1 仿真参数设置36
• 3.3.2 仿真结果分析36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 基于功率分割的携能认知网络的协作通信研究39-47
• 4.1 系统模型39-40
• 4.2 基于功率分割的协作通信方案40-44
• 4.2.1 主次用户间信息和能量协作的数学描述40-42
• 4.2.2 优化问题描述42
• 4.2.3 基于一维搜索的联合资源分配算法42-44
• 4.3 仿真及性能分析44-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 基于OFDMA的携能认知网络的协作通信研究47-57
• 5.1 系统模型47-48
• 5.2 结合子载波分配的协作通信方案48-50
• 5.2.1 结合载波分配的协作通信的数学描述48-50
• 5.2.2 优化问题描述50
• 5.3 联合资源分配算法50-55
• 5.3.1 基于分支定界的联合资源分配算法设计51-52
• 5.3.2 基于对偶分解的的联合资源分配算法设计52-55
• 5.4 仿真及性能分析55-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第六章 总结与展望57-59
• 6.1 本文的研究工作总结57-58
• 6.2 下一步的研究工作与展望58-59
• 参考文献59-62
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文62-63
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利63-64
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目64-65
• 致谢65

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