雙向中繼網(wǎng)絡(luò)能量效率的研究.pdf

1、雙向中繼技術(shù)利用物理層網(wǎng)絡(luò)編碼節(jié)省了傳輸時(shí)間，因而在擴(kuò)大覆蓋范圍的同時(shí)還能提高頻譜效率，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。與此同時(shí)，高復(fù)雜度、高頻譜效率技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及高數(shù)據(jù)速率的需求帶來(lái)了無(wú)線通信系統(tǒng)高速增長(zhǎng)的能量消耗，以降低無(wú)線通信系統(tǒng)碳排放、提高移動(dòng)終端設(shè)備的電池使用壽命為目標(biāo)的綠色無(wú)線通信成為熱門(mén)課題?；诖?，本文研究了雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中的能量效率最大化問(wèn)題，從發(fā)送功率的優(yōu)化分配、多中繼選擇等角度進(jìn)行研究。
　　 首先，研究了協(xié)作

2、自動(dòng)重傳請(qǐng)求(Cooperative Automatic Repeat-reQuest，C-ARQ)協(xié)議下雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的中斷概率與能量效率。本文將C-ARQ協(xié)議引入雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中，分析網(wǎng)絡(luò)的中斷概率。引入C-ARQ協(xié)議后，傳輸過(guò)程出現(xiàn)了4種可能的情況，增加了分析和推導(dǎo)的難度，而且推導(dǎo)過(guò)程中需要對(duì)修正貝塞爾函數(shù)進(jìn)行積分，難以得到閉式表達(dá)。本文經(jīng)過(guò)分析推導(dǎo)出中斷事件的表達(dá)式，并利用信道參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特性推導(dǎo)出中斷概率近似公式。為了提升網(wǎng)絡(luò)的能量

3、效率，本文對(duì)中繼轉(zhuǎn)發(fā)功率進(jìn)行優(yōu)化分配，通過(guò)最小化中斷概率來(lái)降低發(fā)送功率的浪費(fèi)，并求出功率分配的閉式解。
　　 然后，針對(duì)模擬網(wǎng)絡(luò)編碼(Analog Network Coding，ANC)下考慮了電路功率的非凸能效優(yōu)化問(wèn)題，提出了一種最大能量效率(Maximum Energy Efficiency,MEE)方法來(lái)進(jìn)行求解。由于考慮了移動(dòng)設(shè)備的電路供電、基帶處理等方面所消耗的電路功率，能效最大化問(wèn)題變成了一個(gè)非凸的優(yōu)化問(wèn)題，而且不能

4、簡(jiǎn)單地等效為最小化總功率，大大增加了求解難度。MEE方法首先引入松弛變量，然后將原問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)經(jīng)過(guò)變形、化簡(jiǎn)，分解為2個(gè)子問(wèn)題，然后結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼分析與凹-凸分式規(guī)劃理論分別將這2個(gè)子問(wèn)題轉(zhuǎn)化為更加簡(jiǎn)單的凸優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解。本文證明了MEE方法的有效性和最優(yōu)性，并推導(dǎo)出最優(yōu)能量效率的閉合表達(dá)式。除此之外，還基于能量效率的閉合表達(dá)式，分析了多中繼場(chǎng)景下的中繼選擇問(wèn)題，證明了最大調(diào)諧平均值(Max-Harmonic-Mean，MHM)是能效