基于能量均衡的認(rèn)知無(wú)線電雙向中繼網(wǎng)絡(luò)能耗優(yōu)化.pdf

1、近年來(lái)，隨著手機(jī)、無(wú)線通信等移動(dòng)設(shè)備的迅速興起，人們對(duì)于無(wú)線通信的服務(wù)需求也隨之不斷增加，如無(wú)線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率，然而在機(jī)遇的背后一些制約其發(fā)展的瓶頸問(wèn)題也緊隨其后，其中最受影響的是頻譜資源的利用和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量受限問(wèn)題。無(wú)線頻譜是一種稀缺的固有資源，根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(Federal Communications Commission，F(xiàn)CC)的一項(xiàng)調(diào)查顯示，實(shí)際分配給授權(quán)用戶的頻譜在時(shí)間和空間上利用率很低，認(rèn)知無(wú)線電(

2、Cognitive Radio，CR)就是一種能夠提高頻譜利用率的有效手段，其核心思想是在不影響主用戶(Primary User，PU)正常通信的前提下，次級(jí)用戶(Secondary User，SU)可以選擇自由接入空閑頻段來(lái)進(jìn)行無(wú)線通信，靈活的利用未被使用的空閑頻段，提高頻譜資源利用率。
　　網(wǎng)絡(luò)編碼(Network Coding，NC)也是經(jīng)常被用來(lái)改善頻譜利用率的手段，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的雙向中繼(Two-Way Rela

3、y，TWR)不僅實(shí)現(xiàn)了空間分集增益，提高了信道利用率，在合理利用信道帶寬提高頻譜效率的同時(shí)還可以增加網(wǎng)絡(luò)安全性。與此同時(shí)高數(shù)據(jù)速率帶來(lái)的高速增長(zhǎng)的能量消耗，制約了無(wú)線通信技術(shù)更深入的研究和發(fā)展。降低通信成本，提高移動(dòng)終端電池的平均使用壽命，合理均衡節(jié)點(diǎn)能量消耗，如何提高認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的能量效率(Energy Efficiency，EE)已成為了急需解決的問(wèn)題。
　　本文在基于節(jié)點(diǎn)能量的基礎(chǔ)上，聯(lián)合考慮了信道狀態(tài)信息(Channel

4、 State Information，CSI)和節(jié)點(diǎn)剩余能量信息(Residual Energy Information，REI)，提出了一種最優(yōu)中繼選擇算法，在此基礎(chǔ)上結(jié)合雙向中繼和網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，優(yōu)化傳統(tǒng)能耗，提出“歸一化能效”概念，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的頻譜、能量資源優(yōu)化進(jìn)行了分析，解決了無(wú)線通信系統(tǒng)中主用戶和認(rèn)知用戶生存時(shí)間短，能量利用率不高的問(wèn)題，一定程度上改善了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)性能。
　　本文的主要工作和成果如下:
　　1.針對(duì)現(xiàn)有的

5、能量資源短缺問(wèn)題，提出了一種基于信道狀態(tài)信息(CSI)和節(jié)點(diǎn)剩余能量信息(REI)的最優(yōu)中繼選擇算法，該算法在基于信道狀態(tài)信息已知的前提下，綜合考慮了節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率以及節(jié)點(diǎn)剩余能量信息，對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了最優(yōu)選擇，還考慮到了源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)間的功率分配問(wèn)題。算法過(guò)程如下:首先，分別對(duì)接入的中繼進(jìn)行選擇，在保證源節(jié)點(diǎn)(Source Node)能夠達(dá)到目標(biāo)傳輸速率的前提下，選出候選中繼，再根據(jù)信道-能量函數(shù)(Channel-Energy Fun