蜂窝网络中基于认知与能量收集的 D2D 通信：随机几何建模与分析

认知无线电实现了频谱高效的无线通信，而从环境干扰中收集射频（RF）能量则是实现能量高效无线通信的关键。本文对蜂窝网络中基于认知与能量收集的 D2D 通信进行了建模与分析。认知 D2D 发射机从环境干扰中收集能量，并使用分配给蜂窝用户（上行或下行）的其中一个信道（称为 D2D 信道）与相应的接收机进行通信。我们研究了两种用于上行或下行蜂窝通信的频谱接入策略，即随机频谱接入（RSA）策略和优先频谱接入（PSA）策略。在 RSA 中，包括 D2D 发射机所使用的信道在内的任何可用信道均可被随机选择用于蜂窝通信；而在 PSA 中，仅当所有其他信道均被占用时才使用 D2D 信道。只有当 D2D 发射机收集到足够的能量以向接收机执行信道反转、D2D 信道空闲且接收机处的 $\mathsf{SINR}$ 高于所需阈值时，D2D 发射机才能成功与其接收机通信；否则，D2D 通信将发生中断。我们利用随机几何工具，在一般路径损耗指数下，根据 D2D 用户和蜂窝用户的中断概率评估了所提出的通信系统模型的性能。结果表明，能量收集可以作为为认知 D2D 发射机供电的可靠替代方案，同时实现可接受的性能。在与非认知情况相同的中断 $\mathsf{SINR}$ 要求下，认知信道接入改善了两种频谱接入策略下 D2D 用户的中断概率。