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近年来,随着手机、无线通信等移动设备的迅速兴起,人们对于无线通信的服务需求也随之不断增加,如无线通信系统数据传输的质量和效率,然而在机遇的背后一些制约其发展的瓶颈问题也紧随其后,其中最受影响的是频谱资源的利用和网络节点能量受限问题。无线频谱是一种稀缺的固有资源,根据美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission,FCC)的一项调查显示,实际分配给授权用户的频谱在时间和空间上利用率很低,认知无线电(Cognitive Radio,CR)就是一种能够提高频谱利用率的有效手段,其核心思想是在不影响主用户(Primary User,PU)正常通信的前提下,次级用户(Secondary User,SU)可以选择自由接入空闲频段来进行无线通信,灵活的利用未被使用的空闲频段,提高频谱资源利用率。网络编码(Network Coding,NC)也是经常被用来改善频谱利用率的手段,通过网络编码技术实现的双向中继(Two-Way Relay,TWR)不仅实现了空间分集增益,提高了信道利用率,在合理利用信道带宽提高频谱效率的同时还可以增加网络安全性。与此同时高数据速率带来的高速增长的能量消耗,制约了无线通信技术更深入的研究和发展。降低通信成本,提高移动终端电池的平均使用寿命,合理均衡节点能量消耗,如何提高认知无线电网络的能量效率(Energy Efficiency,EE)已成为了急需解决的问题。本文在基于节点能量的基础上,联合考虑了信道状态信息(Channel State Information,CSI)和节点剩余能量信息(Residual Energy Information,REI),提出了一种最优中继选择算法,在此基础上结合双向中继和网络编码技术,优化传统能耗,提出“归一化能效”概念,对网络中的频谱、能量资源优化进行了分析,解决了无线通信系统中主用户和认知用户生存时间短,能量利用率不高的问题,一定程度上改善了无线网络性能。本文的主要工作和成果如下:1.针对现有的能量资源短缺问题,提出了一种基于信道状态信息(CSI)和节点剩余能量信息(REI)的最优中继选择算法,该算法在基于信道状态信息已知的前提下,综合考虑了节点发射功率以及节点剩余能量信息,对中继节点进行了最优选择,还考虑到了源节点和中继节点间的功率分配问题。算法过程如下:首先,分别对接入的中继进行选择,在保证源节点(Source Node)能够达到目标传输速率的前提下,选出候选中继,再根据信道-能量函数(Channel-Energy Function)对候选中继二次选择,得出转发中继,最后根据节点剩余能量得出最优中继。2.在合理利用能量的基础上,针对认知无线电网络中存在的能量消耗不均衡问题,结合双向中继和网络编码技术,提出了一种基于能量均衡的资源优化方案,对传统能效进行了改进,提出了“归一化能效”的概念。引入节点当前能量作为新变量,利用无线网络中的归一化功率代替传统功率,对发射功率和系统频谱进行联合优化,来尽力均衡各节点的能量消耗。