本文選題：認知中繼網絡　切入點：D2D通信　出處：《電子科技大學》2017年博士論文

【摘要】：認知中繼網絡具有對頻譜資源、能量資源及中繼資源的感知及靈活使用能力,在提升網絡資源利用率方面具有良好性能并得到了廣泛應用。終端直通(Device-to-Device,D2D)通信技術可以使用戶不經過基站進行直通通信,減小用戶干擾范圍,提高網絡頻譜效率;能量收集技術可以使用戶從自身的通信環(huán)境中獲取傳輸能量,提高網絡能量效率。所以,將D2D通信、能量收集技術融合到認知中繼網絡中能夠進一步提升系統(tǒng)性能及資源利用率。因此,基于D2D與能量收集技術的認知中繼網絡已成為當前的研究熱點�？紤]到D2D與能量收集系統(tǒng)的技術特點以及認知中繼網絡對資源和環(huán)境的認知能力,如何合理地分配通信資源以獲得更高的資源利用率成為亟待解決的問題。為此,本論文首先對認知中繼網絡分別與D2D、能量收集系統(tǒng)相結合的技術特點進行分析,根據網絡對系統(tǒng)環(huán)境和不同通信資源的認知能力,利用最優(yōu)化理論、聯(lián)盟成形博弈理論和概率網絡理論等優(yōu)化方法,以提升網絡資源利用率為優(yōu)化目標,對基于D2D與能量收集的認知中繼網絡資源配置問題進行研究。本文的主要研究內容及創(chuàng)新性貢獻包括:首先,基于認知中繼網絡中的頻譜資源共享機制,針對underlay頻譜共享模式下的中繼D2D網絡中,由蜂窩用戶與D2D用戶之間的相互干擾導致頻譜資源利用率下降的問題,論文分別從用戶傳輸速率保障和資源分配公平性的角度出發(fā),研究了中繼D2D網絡的聯(lián)合資源分配問題。1)為提高D2D網絡吞吐量,將空閑節(jié)點作為D2D用戶的中繼節(jié)點,在保證網絡中所有用戶最小傳輸速率的約束條件下,提出了兩種基于聯(lián)盟成形博弈理論的中繼選擇與傳輸頻段分配算法。兩種算法分別采用基于“分裂—合并”和基于“單用戶移動”的方式為D2D用戶選擇中繼節(jié)點和傳輸頻段,理論分析了所提算法的穩(wěn)定性和收斂性;仿真結果表明,兩種算法均可在保證用戶傳輸速率的同時改善網絡吞吐量,提升資源分配有效性。2)考慮到D2D用戶的自私性,以納什議價理論和聯(lián)盟成形博弈論作為理論基礎,提出了一種保證資源分配公平性的聯(lián)合資源分配算法。該算法通過模式選擇、功率控制、時隙資源分配、傳輸頻段分配過程,在保證蜂窩用戶最小傳輸速率的情況下,兼顧了網絡吞吐量與D2D用戶間的資源分配公平性;仿真結果表明,與現有研究相比,所提算法以犧牲小部分網絡吞吐量為代價,有效提升了資源分配公平性。其次,基于網絡對鏈路狀態(tài)的認知,針對overlay頻譜共享模式下的中繼D2D網絡中,由用戶移動性造成的鏈路斷裂或同頻干擾導致頻譜資源利用率下降的問題,以通信鏈路穩(wěn)定性為優(yōu)化目標,提出了一種基于鏈路狀態(tài)預測的資源分配算法。該算法運用概率網絡理論預測移動節(jié)點間的鏈路狀態(tài),在鏈路斷裂或同頻干擾發(fā)生之前采用模式選擇、功率控制及傳輸頻段分配算法,最大限度保證鏈路的穩(wěn)定狀態(tài);仿真結果表明,該算法可以有效減少鏈路處于異常狀態(tài)的時間,有效提升了鏈路穩(wěn)定性。最后,基于網絡對能量資源的認知,在能量收集認知中繼系統(tǒng)中,針對節(jié)點可用能量的隨機性影響網絡吞吐量,從而導致能量資源利用效率下降的問題,以網絡吞吐量為優(yōu)化目標,分別研究了自然能量收集和射頻(Radio Frequency,RF)能量收集兩個場景下的資源分配問題。1)在自然能量隨機到達的情況下,提出了一種協(xié)作波束成形認知中繼系統(tǒng)中的最優(yōu)功率分配策略。通過對認知用戶源節(jié)點與中繼節(jié)點的數據隊列穩(wěn)定性分析,獲得了能夠最大化認知用戶穩(wěn)定吞吐量的最優(yōu)功率分配方案,有效提升了能量資源利用效率。2)在節(jié)點以所獲取的RF能量作為傳輸能量的情況下,提出了一種適用于多數據源中繼系統(tǒng)的協(xié)作中繼傳輸與能量收集協(xié)議,通過對能量收集時間與信息傳輸時間的合理分配,有效提高了網絡吞吐量,提升了能量資源利用效率。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.5

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本文編號：1698994