优化能源效率：再生全双工中继系统的双向传输

"这篇研究论文探讨了在非理想功率放大器（PA）和电路功率条件下，如何优化再生全双工中继系统（FDR）的能源效率（EE）。它特别关注了采用解码转发（DF）协议的双向传输，并强调了在具有更高合作增益的再生FDR中，直接链路（DL）的信号可以在接收端被解码并用于有用信号，而不是产生干扰，从而显著提高系统性能。文章提出了一种两步优化算法（TSOA）来解决原始的非凸问题，确保找到最优解决方案。 在传统的无线通信系统中，单工通信模式限制了节点只能在两个方向之一进行传输，而全双工通信允许同时进行双向通信，这在理论上可以翻倍通信系统的频谱效率。然而，全双工通信也面临着自干扰管理和能源效率的挑战，尤其是在考虑硬件非理想性和电路静态功率消耗的情况下。 本论文首先分析了再生FDR系统的架构，其中中继节点不仅转发信号，而且再生信号以减少干扰。在这样的系统中，解码转发协议允许中继先接收来自两个源节点的信号，解码后再将它们转发，从而提高了通信质量。考虑到这种机制，论文提出了最大化系统能源效率的优化目标，即在保证服务质量的前提下，最小化总的能耗。 由于该优化问题是非凸的，无法通过常规的凸优化方法求解，因此论文提出了TSOA。该算法分为两步：首先，通过适当的变量变换将非凸问题转换为一组更易于处理的子问题；然后，利用这些子问题的局部最优解作为全局最优解的近似，逐步迭代优化传输功率和持续时间，直至满足预设的收敛条件。 TSOA算法的优势在于，即使面对复杂的非线性和非凸约束，也能有效地寻找接近全局最优的解决方案，同时保持计算复杂度的可管理性。实验结果表明，与现有的半双工和全双工方案相比，该方法在能源效率方面有显著提升，特别是在高信噪比环境下。 这篇论文为实现能源高效的全双工中继通信提供了一个实用的解决方案，对于推动未来绿色通信技术的发展具有重要意义。它不仅解决了理论上的优化问题，还为实际系统设计提供了指导，有助于在有限的能源预算下实现更高效、更可靠的双向通信。"