基于能量采集的认知中继网络中断性能研究与应用

摘要

如今，随着无线通信技术的发展，各种无线通信应用以及无线通信设备也不断涌现。这就使得无线通信业务呈现出爆炸式增长趋势，导致频谱资源短缺，进一步造成了无线链路堵塞的严重现象。同时无线业务量的增加使得无线用户或无线设备的能量消耗问题日益严重。如何在提高无线通信系统的频谱利用率的同时减少能量消耗是目前亟需解决的问题之一。
　　本文的研究是基于能量采集的认知中继网络技术。认知无线电技术与协作通信技术融合即认知中继网络技术，不仅具有高分集增益的优势，而且提高了频谱资源的利用率。而无线能量采集技术，即从周围的无线频率信号中采集能量，为能量有效、持续的利用提供了一定的保障。而将无线能量采集技术与认知中继网络融合，不仅解决的频谱资源短缺的问题，而且提高了系统的能量效率问题。
　　本文主要研究是基于无线能量采集与无线通信协议下认知中继网络在不同衰落环境下系统的中断性能。概括的讲本文研究的主要内容体现在以下几个方面:
　　对于认知单向中继网络，研究其在较为复杂的η-μ衰落环境下的中断传输性能，获得了η-μ衰落信道下单向认知中继通信系统的中断概率的一些新的结果。具体为:对于主用户得到了适用于整数衰落参数下的中断概率的闭合表达式，而对于次用户则获得了适用于整数衰落参数下中断概率的积分形式精确解。数值和仿真结果验证了理论分析的准确性，所有的理论结果可用来指导η-μ衰落信号下基于能量采集的认知单向中继通信系统的设计和优化。
　　对于认知单向多中继通信系统，研究其在Rayleigh衰落信道下的传输性能，根据认知中继中采集能量最大的中继选择策略，分别推导了主用户和次用户的中断概率表达式。具体为:获得了主用户中断概率的闭合表达式，另外获得了次用户中断概率准确值的表达式以及中断概率下界的闭合表达式。实验结果表明，主用户以及次用户的中断概率都会受到认知中继用户数目的影响，当增加中继用户数目的时候，两者的中断性能都有所提高。次用户不需要额外的功率供应也能取得较为合理的中断性能。且在相同条件下次用户中断性能提高的幅度大于主用户中断性能所提高的幅度。
　　对于认知双向认知中继系统，在Nakagami-m衰落信道下，研究了认知无线通信网络的中断传输性能。考虑到次用户网络可以从主用户发送的无线信号中采集能量，首先我们推导出两个主用户在整数衰落参数下中断概率的闭合表达式，其次得到了次用户在整数衰落参数下中断概率上界的闭合表达式。分析与仿真结果表明，认知双向中继网络中，次用户也不需要额外的能量供应，且在不影响主用户通信质量的情况下，取适当的功率分配比例，也可以获得较为合理的中断性能。

目录

摘要

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 认知无线电技术

1．2．2 认知中继网络

1．2．3 能量采集技术

1．2．4 能量采集与认知无线电融合

1．2．5 可靠传输性能研究现状

1．3 研究动机及意义

1．4 论文主要内容及结构安排

2 η-μ衰落环境下认知单向中继网络的中断研究

2．1 系统模型

2．2 能量采集条件下接收的SNR及分布

2．2．1 主用户PU2的接收SNR及其分布

2．2．2 次用户SU2的接收SNR及其分布

2．3 中断性能分析

2．4 仿真结果分析

2．5 本章小结

3 基于能量采集的认知中继选择网络中断性能研究

3．1 系统模型

3．2 中继选择传输方案

3．3 中断概率分析

3．4 仿真结果分析

3．5 本章小结

4 Nakagami-m衰落环境下认知双向中继网络中断性能研究

4．1 系统模型

4．2 中断概率分析

4．2．1 Nakagami-m信道衰落模型

4．2．2 主用户中断分析

4．2．3 次用户中断分析

4．3 仿真结果分析

4．4 本章小结

5 基于能量采集的认知中继网络技术应用

5．1 基于能量采集的认知中继网络应用场景

5．1．1 蜂窝移动网的应用

5．1．2 应急网络的应用

5．1．3 军事通信应用

5．2 基于能量采集的认知中继技术应用网络举例

5．2．1 在Mesh网中的应用

5．2．2 在WRAN中的应用

5．2．3 在UWB系统中的应用

5．3 本章小结

6．1 总结

6．2 未来展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果

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