摘要
全双工技术与协作中继的结合改善了网络吞吐量和传输范围，使得该技术在各种通信网络中得以广泛应用。虽然全双工协作中继技术一定程度上提升了全双工中继网络的频谱效率，但能量消耗大和能量效率低等问题依旧存在，因此如何减小全双工中继网络的能量消耗来提升该网络的能量效率变得尤为重要。为此，本论文针对全双工中继网络能量效率进行深入研究，分别为基于无线携能全双工解码转发中继网络、具有非线性能量收集的全双工认知中继网络、非完美信道状态信息下无线携能全双工认知中继网络的能效优化，进一步提升全双工中继网络的能量效率等性能，促进高质量绿色通信的发展。本论文研究内容和贡献如下： 1、提出了一种无线携能全双工解码转发中继网络的能效优化策略。该策略为中继节点采用无线携能技术，并考虑信道中的传输时间来构建能效优化问题；然后以能效最大化为目标，在线性能量收集下求出中继节点的转发功率，再保证传输信息量的需求下求出源与目的节点的传输功率；最后再根据解码转发协议信噪比相等条件下得到传输时间和功率分割因子，并推导出最优能效表达式。仿真结果显示，提出的双向无线携能全双工解码转发中继网络的能效是优于单向无线携能全双工中继网络和双向全双工解码转发、放大转发中继网络的能效。 2、在全双工中继网络中同时考虑非线性能量收集和认知无线电技术，并提出了基于最大化网络能效的联合优化方法。首先利用分布式优化方法，在固定传输时间和功率分割因子下，通过保证信道传输信息量的需求下求解次用户以及认知中继的传输功率；然后将功率代入原能效优化问题，并利用海森矩阵可证该优化问题为凸函数；最后利用一阶偏导为零可得传输时间和功率分割因子，并推导出最优能效表达式。仿真结果显示，在次用户安全传输信息量下，所提联合优化方法可以有效提升网络能效；同时验证了在相同优化方法下，非线性能量收集网络的能效是低于线性能量收集网络的，符合实际情况。 3、提出了一种基于非完美信道状态信息下无线携能全双工认知中继网络能效的多因素联合优化方法。首先分析信道估计误差和各节点的能量消耗来构建能效优化问题；然后在保证信道传输信息量的需求下求解次用户以及认知中继的传输功率；最后将功率带入构建的能效优化问题，并以海森矩阵进行优化得到传输时间和功率分割因子，并推导出最优能效表达式。仿真结果显示，信道估计误差的存在会影响网络的能效，并且信道估计误差值越大对应网络能效越低；对比分析在线性和非线性能量收集下网络能效，并验证了在这两种能量收集方式下所提联合优化方法的有效性；同时验证了对称传输信息量可以使得网络的能效最大。
NETL