非時(shí)隙能量收集認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的資源分配策略研究

發(fā)布時(shí)間：2020-07-14 08:10

【摘要】：無線通信技術(shù)的發(fā)展和用戶群體的擴(kuò)大使無線設(shè)備數(shù)量不斷增加,頻譜需求日益增長(zhǎng)。固定分配方案造成的頻譜不合理使用,加劇了頻譜需求增長(zhǎng)與頻譜資源短缺間的矛盾。作為一種動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù),認(rèn)知無線電可通過授權(quán)用戶與非授權(quán)用戶的頻譜共享滿足非授權(quán)用戶的傳輸需求,提高授權(quán)頻段的利用率。與此同時(shí),無線設(shè)備的增加和移動(dòng)性的增強(qiáng)暴露了傳統(tǒng)供電方式的弊端,能量收集技術(shù)在無線通信中的應(yīng)用因此受到重視。能量收集認(rèn)知無線電由二者結(jié)合而來,可同時(shí)解決無線設(shè)備的頻譜分配和能量供應(yīng)問題,是無線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。在能量收集認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中,時(shí)間、能量和頻譜資源的合理配置能在保障主用戶通信質(zhì)量的前提下,最大限度地提升次級(jí)用戶的傳輸性能。在時(shí)隙同步假設(shè)下,其資源分配問題已取得一些研究進(jìn)展。但時(shí)隙同步在很多實(shí)際場(chǎng)景中難以實(shí)現(xiàn),尤其當(dāng)主用戶以非時(shí)隙方式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)。然而,到目前為止,關(guān)于非時(shí)隙能量收集認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的研究還很少。針對(duì)上述情況,本文對(duì)非時(shí)隙能量收集認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的資源分配策略進(jìn)行了研究,取得了以下研究成果:(1)針對(duì)次級(jí)發(fā)送者接收非授權(quán)頻段信號(hào)進(jìn)行射頻能量收集的情況,為次級(jí)用戶提出了一種傳輸時(shí)長(zhǎng)可變的機(jī)會(huì)式頻譜接入方案。本文以最大化次級(jí)用戶的吞吐量為目標(biāo),在能量因果關(guān)系和主用戶的中斷概率約束下,對(duì)能量收集時(shí)間和傳輸功率進(jìn)行了優(yōu)化,并分別使用窮舉搜索算法、差分進(jìn)化算法和目標(biāo)函數(shù)松弛方法得到了最優(yōu)的分配策略和兩種時(shí)間復(fù)雜度更低的次優(yōu)策略。其仿真結(jié)果表明,在恰當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置下,兩種次優(yōu)策略與最優(yōu)策略非常接近。此外,通過與固定時(shí)隙劃分策略的吞吐量比較,證明了該方案在非時(shí)隙場(chǎng)景下的優(yōu)越性。(2)針對(duì)次級(jí)發(fā)送者接收主用戶信號(hào)進(jìn)行射頻能量收集的情況,為次級(jí)用戶提出了一種基于ACK確認(rèn)機(jī)制的分段式頻譜接入方案。在該方案中,次級(jí)用戶根據(jù)剩余能量水平判斷是否進(jìn)行頻譜感知;根據(jù)感知結(jié)果判斷是否傳輸數(shù)據(jù);在傳輸過程中,使用ACK機(jī)制監(jiān)測(cè)主用戶的傳輸狀態(tài),并以此判斷是否繼續(xù)傳輸。在峰值傳輸功率和沖突概率約束下,得到了使次級(jí)用戶吞吐量期望最大的最優(yōu)時(shí)隙劃分和傳輸功率分配策略。最后,利用仿真結(jié)果分析了不同參數(shù)設(shè)置對(duì)最優(yōu)策略吞吐量的影響。并通過與未分段的單次頻譜接入方案的吞吐量對(duì)比,證明了分段式頻譜接入方案具有更高的吞吐量性能。全文共五章,圖22幅,表3個(gè),參考文獻(xiàn)68篇。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN925
【圖文】：