本文選題：認(rèn)知無線電 + 協(xié)作通信　； 參考：《電子科技大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：隨著智能終端的廣泛使用與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)在各行業(yè)中的滲透發(fā)展,移動(dòng)通信業(yè)務(wù)流量快速增長,從而導(dǎo)致了頻譜資源的極度緊張和通信系統(tǒng)能耗的大幅增加。為此,5G技術(shù)提出將綠色通信作為關(guān)鍵特征之一,掀起了通信與信息領(lǐng)域能效優(yōu)先的無線傳輸技術(shù)研究熱潮。認(rèn)知無線電與協(xié)作通信技術(shù)作為提升頻譜效率的兩種重要手段,同樣也被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)綠色通信的潛力技術(shù)。認(rèn)知無線網(wǎng)(Cognitive Radio Networks,CRNs)中結(jié)合協(xié)作傳輸?shù)膮f(xié)作認(rèn)知無線網(wǎng)(Cooperative CRNs,CCRNs),因同時(shí)具備提高頻譜利用率與克服衰落效應(yīng)影響的優(yōu)勢,而受到研究人員的強(qiáng)烈關(guān)注。目前,有關(guān)CCRNs的研究工作主要集中在提高次級用戶的接入機(jī)會(huì)和傳輸吞吐量方面,而這些研究少有從能量效率方面來考慮。在通信行業(yè)低碳發(fā)展需求的大背景下,需要重新從能效角度來審視CCRNs中的協(xié)作感知,協(xié)作傳輸?shù)葐栴}。為此,本論文以CCRNs作為研究對象,開展了以提升系統(tǒng)能量效率為目標(biāo)的協(xié)作感知、協(xié)作傳輸及資源優(yōu)化等關(guān)鍵問題的研究,提出了相應(yīng)的高能效的通信機(jī)制與資源分配策略,為實(shí)現(xiàn)認(rèn)知與協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能傳輸打下了一定理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。具體研究內(nèi)容概述如下:第一,研究了認(rèn)知中繼網(wǎng)的節(jié)能協(xié)作頻譜感知技術(shù)。在次級協(xié)作感知過程中,協(xié)作用戶越多,檢測精度越高。然而,這同時(shí)導(dǎo)致更多的感知數(shù)據(jù)量,從而會(huì)造成更多的能量開銷及較大的干擾。為了解決這個(gè)難題,本文綜合考慮感知能耗與檢測性能,提出了一種差分匯報(bào)的自適應(yīng)高能效頻譜檢測機(jī)制,推導(dǎo)了該感知機(jī)制在瑞利衰落(Rayleigh)信道下的檢測概率、匯報(bào)概率和平均感知能耗的解析表達(dá)式,并研究了在滿足系統(tǒng)檢測概率下以感知時(shí)間為優(yōu)化變量的平均感知能效最大化問題。分析表明,通過合理優(yōu)化感知時(shí)間,可使感知性能與能耗之間達(dá)到一個(gè)均衡點(diǎn)。仿真結(jié)果顯示,所提感知機(jī)制對比傳統(tǒng)機(jī)制,可顯著改善次級感知能效的同時(shí),而幾乎不帶來檢測性能上的退化。第二,研究了認(rèn)知中繼網(wǎng)的高能效協(xié)作傳輸技術(shù)�，F(xiàn)有認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作傳輸研究大多以資源受限條件下的頻譜效率為設(shè)計(jì)目標(biāo),較少從系統(tǒng)能量效率的角度進(jìn)行考慮。為此,論文對認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)中的次級感知與傳輸兩個(gè)階段進(jìn)行分析研究,提出了一種高能效的最佳中繼協(xié)作傳輸機(jī)制。其基本思想是在感知階段次級中繼用戶參與協(xié)作感知來提高傳輸機(jī)會(huì),在傳輸階段通過選擇最佳協(xié)作用戶輔助次級傳輸以改善通信質(zhì)量,以此提升次級能效�；谠摍C(jī)制,論文考慮次級中斷概率為約束條件,以感知時(shí)間與功率為優(yōu)化變量,建模了衰落信道下的系統(tǒng)平均能量效率最大化問題。借助詹森(Jensen)不等式,將原問題分解成兩個(gè)相對獨(dú)立的子問題來分別求解感知時(shí)間和功率分配,給出了一種高效的交叉迭代算法得到系統(tǒng)的次優(yōu)解。仿真表明,在系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量要求較高的情況下,與單跳認(rèn)知傳輸相比,所提策略不僅能提升次級傳輸?shù)哪苄?還可顯著提高次級傳輸?shù)目煽啃�。第�?研究了認(rèn)知中繼鏈路的節(jié)能資源分配方案。與現(xiàn)有發(fā)射功率固定條件下的最大化吞吐量問題不同,論文考慮滿足次級傳輸速率要求和總功率兩方面約束,探討了以認(rèn)知中繼鏈路能效最大化為目標(biāo)的子載波傳輸路徑選擇和功率分配問題。論文首先理論證明了該問題是非凸問題且系統(tǒng)能效函數(shù)具有全局唯一最優(yōu)解,然后針對不同情形下的能效優(yōu)化問題進(jìn)行討論,將非凸問題轉(zhuǎn)換為凸問題,并基于二分輔助梯度上升搜索法提出了一種資源分配的分步求解策略。仿真結(jié)果表明,該策略在保證次級鏈路可靠性的同時(shí),可使傳輸能效達(dá)到最佳。此外,實(shí)際感知不可避免存在誤差,為此本文還研究了認(rèn)知中繼鏈路在非完美頻譜感知條件下的功率分配問題,利用非線性分式規(guī)劃和拉格朗日對偶理論,逐步把原始問題轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的參數(shù)凸規(guī)劃。在求解過程中,采用逐層求解的思想,提出了一種兩層嵌套迭代優(yōu)化算法,獲得了系統(tǒng)在非完美感知情況下的節(jié)能功率分配方案。第四,研究了異構(gòu)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的高能效協(xié)作傳輸技術(shù)。在協(xié)作傳輸中,主用戶傳輸性能的改善是消耗次級協(xié)作用戶能量換來的,從能效角度來說,這種沒有激勵(lì)的合作對次級用戶是不公平的;另外,現(xiàn)有研究大多基于一個(gè)隱含的假設(shè),即主用戶默認(rèn)需要次級用戶參與協(xié)作,而這并非完全必要�？紤]到上述不足,本文針對異構(gòu)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)場景,提出了一種主次系統(tǒng)“雙贏”的高能效協(xié)作通信機(jī)制。該機(jī)制中次級用戶在接入主系統(tǒng)協(xié)助主用戶傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí),換取一部分授權(quán)頻譜資源來實(shí)現(xiàn)自身數(shù)據(jù)在異構(gòu)網(wǎng)中的傳輸分流,以此提升次級能效。論文研究了該機(jī)制在主次系統(tǒng)速率“雙重”約束下的次級加權(quán)能效最大化非凸資源優(yōu)化問題,結(jié)合參數(shù)化的分式規(guī)劃算法和黃金分割法提出了一種資源分配的迭代算法。仿真結(jié)果表明,所提機(jī)制在不降低主用戶通信性能的情況下,提升了次級系統(tǒng)傳輸能效,實(shí)現(xiàn)了主次系統(tǒng)傳輸“雙贏”的目的。
[Abstract]:In order to solve this problem , the research work of cognitive radio network ( CRNs ) is mainly focused on improving the access opportunity and transmission throughput of secondary users . In this paper , the problem of energy efficiency maximization is studied in this paper . In this paper , we discuss the problem of energy efficiency optimization of cognitive relay link . In this paper , we discuss the problem of energy efficiency of the sub - carrier transmission path under the condition of non - perfect sensing .

【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN925

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1872183