认知SWIPT网络保障能效的资源调度策略优化研究

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认知无线携能通信(Cognitive simultaneous wireless information and power transfer,Cognitive SWIPT)网络结合了认知无线网络与无线携能通信技术。认知无线网络(CRN)旨在进一步提高频谱效率,无线携能通信(SWIPT)通过能量受限SWIPT节点从射频信号(RF)中收集能量,克服节点对外界电源的依赖并延长节点生命周期,从而保障系统能效。由于无线信道广播特性,认知SWIPT网络中存在窃听用户恶意攻击,网络安全问题日益突出。因此,在保障认知SWIPT网络安全性的前提下,如何设计与优化网络资源分配与调度策略,对于提升谱效的同时保障系统能效具有一定的研究意义。本论文研究了认知SWIPT网络中基于广义频分复用(GFDM)的上下行链路资源联合分配方案、基于动态时隙功率分割(DTPS)协议的多中继时隙与功率联合优化方法以及存在窃听用户情况下保障能效的认知SWIPT安全协同传输与资源调度策略。论文主要研究内容如下:1)提出了基于GFDM的多用户SWIPT系统上下行资源联合分配方案。通过对上下行链路GFDM子载波与子符号分配、功率分配与功率分割因子的分配,在满足收集能量与发射总功率约束下最大化上下行链路的加权可达和速率。采用了拉格朗日对偶法、次梯度法与贪婪算法解决此非凸优化问题。2)提出了认知SWIPT中基于动态时隙功率分割(DTPS)协议的多中继时隙与功率联合优化方法。通过最佳中继节点选择、最佳中继节点的功率分割因子、时隙分配因子和功率分配系数的联合优化,使系统性能达到所需要求。3)研究了存在窃听用户情况下,保障能效的认知SWIPT网络安全协同传输资源优化方案。通过对认知SWIPT中继节点波束成型向量设计和功率分割因子的联合优化,在保证一定能效的情况下,实现最大化主网络与认知网络的安全通信速率。论文对认知SWIPT网络保障能效的资源调度策略优化方法进行了初步研究,研究成果对于后续工作的开展具有重要意义。
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