基于射頻能量采集技術(shù)的模式選擇策略研究.pdf

1、隨著近年來通信設(shè)備數(shù)量的持續(xù)增長，現(xiàn)有固定頻譜分配策略下的頻譜資源匱乏問題日益嚴(yán)重，無線頻譜的高效使用一直是廣大學(xué)者的研究熱點(diǎn)。認(rèn)知無線電技術(shù)提出主用戶和次級用戶的概念，在授權(quán)給主用戶可用頻段的同時(shí)，允許次級用戶利用網(wǎng)絡(luò)中的頻譜空穴完成通信，解決了當(dāng)下頻譜使用率低下的問題。作為一種共享頻譜的新型無線資源管理方式，認(rèn)知無線電技術(shù)已經(jīng)受到廣泛認(rèn)可。除了頻譜資源外，能量也是無線節(jié)點(diǎn)完成通信的必要因素之一。能量采集技術(shù)可以將自然能源或周圍的射頻

2、(Radio-frequency)信號等轉(zhuǎn)化為電能，在供應(yīng)通信節(jié)點(diǎn)的同時(shí)解決傳統(tǒng)化石能源的過度消耗和環(huán)境污染問題，實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備理論上的永動。認(rèn)知無線電技術(shù)和能量采集技術(shù)的結(jié)合同時(shí)提高了頻譜使用率和能量效率，但也引入了能量采集時(shí)間與通信時(shí)間分配的博弈。
　　本文在以時(shí)隙方式工作的射頻能量采集供能認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中研究次級用戶的模式選擇問題，旨在最大化次級網(wǎng)絡(luò)的吞吐量收益。基于單信道和多信道的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，本文共提出了三種次級用戶決策方案并

3、利用部分可觀測的馬爾可夫決策過程(Partially observable Markov decision process，POMDP)框架進(jìn)行策略求解。
　　在單信道的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，本文引入了協(xié)作通信的通信模式，解決了現(xiàn)有文獻(xiàn)中填充式通信(Overlay communication)可能產(chǎn)生的能量溢出問題和下墊式通信(Underlay communication)的效率低下問題，同時(shí)提高了主用戶和次級用戶的通信質(zhì)量。在完美頻譜感知

4、的假設(shè)下，本文提出了兩種次級用戶決策方案。在一維決策方案中，次級用戶可以在信道占用時(shí)，申請協(xié)作通信并調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)功率，在滿足協(xié)作門限的同時(shí)不過多浪費(fèi)能量;在二維決策方案中，次級用戶能夠同時(shí)進(jìn)行頻譜感知決策和協(xié)作通信決策，進(jìn)一步增加了選擇靈活性。仿真實(shí)驗(yàn)證明，上述兩種決策方案能夠比現(xiàn)有方案帶來更高的吞吐量收益，且后者表現(xiàn)更優(yōu)。
　　為了避免次級用戶間的信道資源競爭，多信道環(huán)境下的模式選擇由集權(quán)中心完成。集權(quán)中心根據(jù)次級用戶的瞬時(shí)狀態(tài)和感