基于能量收集的全双工认知中继网络功率分配算法.docx

在无线通信领域，全双工认知中继网络已经成为提高频谱效率和解决能量供应问题的关键技术。基于能量收集的全双工认知中继网络利用无线射频信号的能量转化为设备所需的电能，以此来延长网络的运行时间。这种技术在面对无线频谱资源紧张和便携式设备能量限制的问题时，提供了有效的解决方案。 认知无线电网络允许次用户在不干扰主用户通信的前提下利用空闲的频谱资源。在全双工模式下，中继节点可以同时进行接收和发送，极大地提高了网络的吞吐量和通信效率。然而，由于中继节点通常由有限能量的电池供电，能量收集技术的应用显得尤为重要。文献中提到了几种不同的策略来处理这个问题： 1. 文献[6]对现有的能量收集技术进行了综述，为后续研究提供了基础。 2. 文献[7]提出了一种分布式功率控制机制，根据网络状态动态调整功率，保持网络连通。 3. 文献[8]结合能量收集提出了一种改进的信道选择方案，提高了次用户的吞吐量。 4. 文献[9]研究了频谱重叠共享模式下的认知无线网络，次用户可以从主用户传输中获取能量或传输数据。 5. 文献[10]设计了基于次用户意愿的中继协作策略，满足次用户需求。 6. 文献[11]探讨了能量捕获网络的能量效率与频谱效率的平衡问题。 7. 文献[12]结合能量收集和人工噪声干扰技术，增强了认知中继网络的安全性能。 8. 文献[13]提出了一个解码转发的中继传感器网络优化方案，利用功率分配协议从信号中获取能量。 9. 文献[15]研究了能量收集的认知网络资源分配问题。 尽管上述文献主要关注半双工模式，但全双工模式在频谱利用上有显著优势。文献[16]提出了一种全双工中继网络，使用时分接收机结构来收集能量，但这种方法的效率有限。相比之下，本文提出的方案采用了功分接收机结构，允许同时接收信息和收集能量，进一步提升次用户系统的吞吐量。 本文的主要贡献在于提出了一种新的功率分配策略和次用户发射功率的联合设计，适用于能量受限的全双工认知中继网络。在保证对主用户干扰和中继收集能量的条件下，通过优化功率分配和次用户发射功率，最大化次用户系统吞吐量，从而更有效地利用频谱资源。由于优化问题的非凸性，本文采用迭代算法求解。仿真结果验证了该方法的性能有效性。 系统模型中，考虑了一个包括一对主用户和一对次用户以及一个能量受限的全双工中继的网络。中继节点采用文献[1]的功率分割架构，其中一部分功率用于能量采集，其余部分用于信息接收。通过调整功率分配系数ρ，可以在确保对主用户干扰限制和中继能量需求的同时，优化次用户系统的性能。 本文深入研究了全双工认知中继网络中基于能量收集的功率分配策略，旨在实现更高的频谱效率和系统性能，为未来无线通信网络的设计提供了有价值的参考。