雙向中繼網絡能量效率的研究.pdf

1、雙向中繼技術利用物理層網絡編碼節(jié)省了傳輸時間，因而在擴大覆蓋范圍的同時還能提高頻譜效率，成為當前的研究熱點之一。與此同時，高復雜度、高頻譜效率技術的廣泛應用，以及高數(shù)據(jù)速率的需求帶來了無線通信系統(tǒng)高速增長的能量消耗，以降低無線通信系統(tǒng)碳排放、提高移動終端設備的電池使用壽命為目標的綠色無線通信成為熱門課題?；诖?，本文研究了雙向中繼網絡中的能量效率最大化問題，從發(fā)送功率的優(yōu)化分配、多中繼選擇等角度進行研究。
　　 首先，研究了協(xié)作

2、自動重傳請求(Cooperative Automatic Repeat-reQuest，C-ARQ)協(xié)議下雙向中繼網絡的中斷概率與能量效率。本文將C-ARQ協(xié)議引入雙向中繼網絡中，分析網絡的中斷概率。引入C-ARQ協(xié)議后，傳輸過程出現(xiàn)了4種可能的情況，增加了分析和推導的難度，而且推導過程中需要對修正貝塞爾函數(shù)進行積分，難以得到閉式表達。本文經過分析推導出中斷事件的表達式，并利用信道參數(shù)的統(tǒng)計特性推導出中斷概率近似公式。為了提升網絡的能量

3、效率，本文對中繼轉發(fā)功率進行優(yōu)化分配，通過最小化中斷概率來降低發(fā)送功率的浪費，并求出功率分配的閉式解。
　　 然后，針對模擬網絡編碼(Analog Network Coding，ANC)下考慮了電路功率的非凸能效優(yōu)化問題，提出了一種最大能量效率(Maximum Energy Efficiency,MEE)方法來進行求解。由于考慮了移動設備的電路供電、基帶處理等方面所消耗的電路功率，能效最大化問題變成了一個非凸的優(yōu)化問題，而且不能

4、簡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，然后將原問題的目標函數(shù)經過變形、化簡，分解為2個子問題，然后結合網絡編碼分析與凹-凸分式規(guī)劃理論分別將這2個子問題轉化為更加簡單的凸優(yōu)化問題進行求解。本文證明了MEE方法的有效性和最優(yōu)性，并推導出最優(yōu)能量效率的閉合表達式。除此之外，還基于能量效率的閉合表達式，分析了多中繼場景下的中繼選擇問題，證明了最大調諧平均值(Max-Harmonic-Mean，MHM)是能效