认知无线网中的能量优化问题

摘要

随着无线通信技术的快速发展，有限的频谱资源已不能满足持续增长的数据业务需求。幸运的是，次用户（Secondary User，非授权用户）可以利用认知无线电技术，机会式地接入授权频段，使提高了频谱利用率。在认知无线网中，次用户在接入授权信道前，为了避免与主用户（Primary User，授权用户）发生碰撞，必须周期性的进行频谱感知。若信道空闲，则次用户可接入信道传输。然而，次用户的频谱感知及传输行为均需消耗能量，若不对能量进行合理的分配管理，将会影响次用户乃至整个次级网络的性能。 本文针对次用户的能量优化问题，主要基于以下两种网络场景进行研究： 1.在次用户能量受限的认知无线网中，本文从感知精度、能耗及网络吞吐量的角度，对次用户的感知时间进行优化。并且由于感知精度的提高，不仅能够降低次用户对主用户的干扰，还能增加次用户的传输机会，提高次级网络的能量使用效率。因此，本文进一步提出将次用户频谱感知和数据传输过程相分离的思想，并引入次用户间协助感知及共享感知结果的机制，从而实现频谱感知及传输信道的合理分配，在满足频谱感知精度的前提下，达到提高网络能效的目的。 2.在基于能量采集技术的认知无线网中，次用户在每个周期采用先采集能量再传输数据的工作方式。当有多个授权信道可用时，考虑到次用户在不同信道上传输能力的差异性及各次用户能量采集能力的差异性，本文以次级网络吞吐量为优化目标，提出一种综合考虑次用户的传输质量及能量采集效率的信道分配算法，当确定了次用户的传输信道后，在能量因果关系的约束下，进一步对传输功率及传输时间进行联合优化，以平衡两者对网络吞吐量的影响。并且针对原始的非凸优化问题，通过将其转化为一系列的凸优化子问题，完成模型求解。

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