【摘要】：認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)具有諸多優(yōu)勢(shì),比如擴(kuò)大信號(hào)覆蓋范圍、降低網(wǎng)絡(luò)通信干擾、頻譜資源利用率高等。然而,對(duì)于能量受限的認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò),一旦中繼節(jié)點(diǎn)的能量耗盡,借助其進(jìn)行的信息傳輸就會(huì)終止。為了解決網(wǎng)絡(luò)能量受限的問題,能量采集技術(shù)應(yīng)允而生,成為一項(xiàng)有效延長(zhǎng)無線通信網(wǎng)絡(luò)壽命的新技術(shù)。考慮Nakagami-m衰落環(huán)境,本文主要研究了基于能量采集(Energy Harvesting,EH)的認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò),并取得了一些研究成果。首先,針對(duì)單天線的認(rèn)知解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DecodeandForward,DF)中繼網(wǎng)絡(luò),考慮中繼節(jié)點(diǎn)采用能量采集技術(shù)中的功率分配協(xié)議(Power Splitting,PS)收集能量,認(rèn)知發(fā)送端S和認(rèn)知中繼R的傳輸功率均受到其最大發(fā)送功率和主用戶所能容忍的最大干擾功率的限制,這樣不僅能夠提高網(wǎng)絡(luò)頻譜的使用率,擴(kuò)大通信范圍同時(shí)也增加了設(shè)備的使用時(shí)間,降低了經(jīng)濟(jì)成本。我們利用二項(xiàng)式展開等數(shù)學(xué)技巧,獲得了其在Nakagami-m衰落環(huán)境下的中斷概率表達(dá)式。所得到的結(jié)果與MonteCarlo仿真曲線匹配,證明了分析結(jié)果的真實(shí)性,本項(xiàng)研究成果可以指導(dǎo)Nakagami-m衰落環(huán)境下認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化。其次,我們?cè)谏弦谎芯康幕A(chǔ)上分析了認(rèn)知增量DF(IncrementalDecodeandForward,IDF)中繼網(wǎng)絡(luò)的傳輸可靠性問題�？紤]認(rèn)知發(fā)送端與接收端之間存在直傳鏈路,當(dāng)直傳鏈路通信質(zhì)量良好時(shí),發(fā)送端直接發(fā)送信息給接收端;否則,發(fā)送端通過一個(gè)能量采集的中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息給接收端,以保證良好的通信質(zhì)量。我們獲得IDF協(xié)議下該網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確的中斷概率表達(dá)式。分析值和仿真值的匹配檢驗(yàn)了理論的真實(shí)性,最后的結(jié)論為認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)提出了一種精確穩(wěn)妥的通訊方式。最后,針對(duì)多中繼和多主用戶下的認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)的中斷性能,我們研究了兩種能量采集協(xié)議下的網(wǎng)絡(luò)的中斷概率。其中,第一種是功率分配協(xié)議(PS),中繼將接收到的信號(hào)能量一分為二,分別用來轉(zhuǎn)化為自身的能量和處理接受的信號(hào)。第二種是時(shí)間轉(zhuǎn)換協(xié)議(Time Switching,TS),中繼在一小段時(shí)間中獲取接受信號(hào)的能量,并在其余時(shí)間里從接受到的信號(hào)中檢索信息。這部分研究為認(rèn)知多中繼能量采集網(wǎng)絡(luò)的方案設(shè)想與改進(jìn)提供了有效的理論憑借。
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN925
【圖文】：

認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)通過使用協(xié)作分集技術(shù)和ＣＲ技術(shù)，不僅可以改善分集效果，加強(qiáng)抵御逡逑干擾能力、擴(kuò)大通信范圍，還能夠提升頻帶利用率［ＩＨ８］。逡逑如圖１．３所示，一個(gè)協(xié)作認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，ＰＵ發(fā)送端，通過ＤＤ１、ＤＤ２和ＤＤ３認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的逡逑輔助，向ＰＵ接受端傳遞信息。每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)都有各自的傳輸網(wǎng)絡(luò)，但由于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)沒有逡逑固定的頻譜，所以它們需要與ＰＵ網(wǎng)絡(luò)共享頻譜資源，這就意味著，當(dāng)ＰＵ正在通信時(shí)，認(rèn)逡逑知節(jié)點(diǎn)則充當(dāng)一個(gè)輔助中繼的作用，幫助ＰＵ傳遞信息，而當(dāng)ＰＵ停止信息傳輸時(shí)，認(rèn)知逡逑節(jié)點(diǎn)可以利用ＰＵ的頻段進(jìn)行各自的內(nèi)部通訊。因此，將ＣＲ技術(shù)用在協(xié)作通訊網(wǎng)絡(luò)上，不逡逑單能夠極大地提升現(xiàn)有頻段的利用效率，改進(jìn)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)頻譜接入機(jī)會(huì)，還可以更好的提升逡逑通訊質(zhì)量和系統(tǒng)的可靠性能，擴(kuò)展系統(tǒng)的覆蓋范圍來滿足用戶通訊需求？８］［６６］。逡逑

邐Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ邋Ｒｅｃｅｉｖｅｒ，邋Ｄ逡逑圖２．１認(rèn)知ＤＦ中繼網(wǎng)絡(luò)模型逡逑如圖２．邋１所示，我們考慮認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主用戶ＰＵ、一個(gè)能量采集中繼Ｒ、一個(gè)逡逑輔助發(fā)送機(jī)Ｓ和一個(gè)輔助接收機(jī)Ｄ構(gòu)成。考慮輔助收發(fā)機(jī)在不干擾ＰＵ通訊的基礎(chǔ)下，與逡逑ＰＵ共同使用一個(gè)頻率段，達(dá)成高效的頻段利用。假設(shè)由于主用戶ＰＵ與輔助接收機(jī)Ｄ相逡逑距較遠(yuǎn)，它們之間沒有相互干擾，且輔助發(fā)送機(jī)Ｓ與輔助接收機(jī)Ｄ之間信道衰落嚴(yán)重不存逡逑在直傳，因此輔助發(fā)送機(jī)Ｓ必須通過一個(gè)中繼Ｒ與輔助接收機(jī)Ｄ進(jìn)行通信。假設(shè)中繼Ｒ逡逑不存在固定的電源，它需要通過采集接收信號(hào)的能量來實(shí)現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)發(fā)，并且輔助發(fā)送機(jī)逡逑Ｓ與中繼Ｒ的傳輸功率都受到主用戶最大可容忍千擾功率Ｉ和其各自的最大發(fā)送功率的約逡逑束。鏈路Ｓ－ＰＵ、Ｓ－Ｒ、Ｒ－ＰＵ和Ｒ－Ｄ的信道系數(shù)分別表示為＆、／ｉｓｒ、／ｉｒ７，和／Ｗ。中繼Ｒ和逡逑輔助接收機(jī)Ｄ處的加性高斯白噪聲（Ａｄｄｉｔｉｖｅ邋Ｗｈｉｔｅ邋Ｇａｕｓｓｉａｎ邋Ｎｏｉｓｅ，邋ＡＷＧＮ）分別用幾／？，和逡逑幾Ｄ表示

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