非對(duì)稱雙向中繼系統(tǒng)中的高能效傳輸策略研究.pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的逐漸興起，爆炸式增長(zhǎng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量和海量的設(shè)備連接致使能耗成本不斷上升、生態(tài)環(huán)境日益惡化，綠色通信技術(shù)由此而備受關(guān)注。作為衡量通信系統(tǒng)能耗的綠色指標(biāo)，能量效率成為了當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。
　　中繼技術(shù)在IMT-2020移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)中起著至關(guān)重要的作用。與傳統(tǒng)中繼技術(shù)相比，采用放大轉(zhuǎn)發(fā)（AmplifyandForward，AF）技術(shù)的雙向中繼（TwoWayRelayChannel，TWRC）具有高譜效、易實(shí)現(xiàn)等

2、特點(diǎn)。隨著終端密度增大、間距減小，電路能耗不斷接近甚至超過(guò)發(fā)送能耗，而且會(huì)隨著傳輸速率的增加而增加。顯然在傳統(tǒng)短距離傳輸場(chǎng)景中僅考慮發(fā)送能耗的能耗建模是不合理的。因此在考慮傳輸速率相關(guān)的電路能耗模型下，如何在滿足一定非對(duì)稱服務(wù)質(zhì)量（QualityofService，QoS）的AF-TWRC系統(tǒng)中提高能效是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
　　針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文主要研究在非對(duì)稱TWRC系統(tǒng)中，基于不同信道狀態(tài)信息（ChannelStateInf

3、ormation，CSI）、不同能耗和能效模型下的高能效傳輸策略設(shè)計(jì)。主要貢獻(xiàn)如下：
　　（1）針對(duì)統(tǒng)計(jì)CSI的AF-TWRC系統(tǒng)，建立了與傳輸速率相關(guān)的電路能耗模型，并在滿足總發(fā)送功率和非對(duì)稱QoS需求下進(jìn)行最佳能效設(shè)計(jì)。首先，當(dāng)電路能耗建模為傳輸速率凸遞增函數(shù)時(shí)，基于統(tǒng)計(jì)CSI提出了能效GPE（Goodbit-Per-Energy）的最大化目標(biāo)問(wèn)題；然后采用分式規(guī)劃、凸優(yōu)化理論進(jìn)行全面的數(shù)學(xué)分析，得到最佳能效下的發(fā)送功率分配算

4、法。為更好地指導(dǎo)實(shí)際通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了當(dāng)電路能耗計(jì)算函數(shù)為傳輸速率線性函數(shù)時(shí)最佳能效下的發(fā)送功率分配閉式解。
　　（2）針對(duì)瞬時(shí)CSI的AF-TWRC系統(tǒng)，建立了與傳輸速率相關(guān)的電路能耗模型，并在滿足總發(fā)送功率和非對(duì)稱QoS需求下進(jìn)行最佳能效設(shè)計(jì)。首先，當(dāng)電路能耗建模為傳輸速率凸遞增函數(shù)時(shí)，基于瞬時(shí)CSI提出了能效TBPUE（TransmittedBitsPerUnitEnergy）最大化目標(biāo)問(wèn)題；然后采用雙層優(yōu)化方法、分式規(guī)劃