基于能量采集的认知无线电系统--最优化资源分配策略研究.docVIP

  基于能量采集的认知无线电系统——最优 化资源分配策略研究# 李丹，尹斯星，李书芳** 5 10 15 20 25 30 35 （北京邮电大学信息与通信工程学院，北京，100876） 摘要：针对基于时隙结构的引入能量采集的认知无线电系统，提出一种动态的资源分配策 略，最大化系统次用户的可获得吞吐量。基于当前的系统资源，以及对系统后续状态的估 计，判断系统频谱感知的最佳停止时刻，最优化系统时间与能量的分配策略。 关键词：认知无线电；能量采集；动态决策；吞吐量 中图分类号：TN92 Optimal Resources Allocation Strategies in Self-Powered Cognitive Radio Systems with Wireless Energy Harvesting LI Dan, YIN Sixing, LI Shufang (School of Information and Communication Engineering,Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing, 100876) Abstract: In this paper , we consider a CR system operating in slotted mode, in which the SU extracts energy only via wireless energy harvesting from ambient radio signal. Considering the tradeoff between duration of saving, sensing and transmitting, we provide a dynamic resource allocation strategies based on the current system resources and estimation of subsequent state, in order to maximize the achievable throughput of second user. Key words: cognitive radio; energy harvesting; dynamic decision; throughput 0 引言 简要近几年，随着无线通信业务的迅猛增长，通信系统的能耗问题备受关注。如何提 高通信系统的能量效率是亟待解决的问题，“绿色通信”的概念也应运而生。 相比普通的通信系统，认知无线电系统通过频谱感知来提高频谱利用率，因此其能量 消耗较普通通信系统更加严重。如何提高认知无线电通信系统的能效，已引起业界的广泛 关注。 近两年业界提出将能量采集技术引入认知无线电通信系统，与传统的电池驱动通信系 统不同，无线网络通过能量采集技术无止境的从环境中获取能量。环境中的无线信号在携 带信息的同时也携带了能量，这样环境中的各种干扰信号将会通过能量采集技术变废为宝。 目前已经有大量文献研究基于能量采集技术的无线通信系统。在[1]和[2]中，首次提出 了能量与信息同时传输的概念，并且给出了容量-能量方程，用以刻画能量与信息之间的折 中。文献[3]，作者基于信息论研究能量采集水平。文献[4]和[5]，研究无线通信系统中的 能量管理策略。文献[6]，研究在高斯信道（Additive White Gaussian Noise,AWGN）下的 点对点通信系统中，最大化吞吐量和最小化传输时间。文献[7]中，作者研究了衰落信道中 基金项目：国家自然科学基金 作者简介：李丹（1987 年 6 月 7 日），女，硕士在读，北京邮电大学信息与通信工程学院，无线通信与电 磁兼容实验室，研究方向：基于能量采集的认知无线电系统 通信联系人：李书芳（1963 年），女，北京邮电大学信息与通信工程学院教授，主要研究方向：无线通信 与电磁兼容. lisf@bupt.edu.cn -1-   通信系统的能量采集技术。文献[8]提出了一种能量采集-数据传输协议，旨在寻找最优的速 40 45 50 55 率，从而最优化系统性能。文献[9]对信号与能量的同时传输提出一种“时间交换”的概念。 文献[10]基于 AWGN 信道中的吞吐量，提出一种能量分配策略。 本文研究了基于时隙结构的认知无线电系统，假设该系统的次用户没有固定的能量来 源，只能通过能量采集的方式从环境中的无线信号提取能量。由于硬件限制,本文采用能量 采集-频谱感知-数据传输（SST, saving-sensing-transmitting）的时隙结构，将一个时隙 划分为三