全双工信息与能量同传系统中面向和速率的资源优化算法研究

发布时间：2020-06-22 04:24

【摘要】：移动设备的指数增加和无线网络接入服务的庞大需求,造成了严重的无线电频谱稀缺问题以及移动网络的能耗问题。为同时解决频谱缺失和能耗问题,将全双工技术与无线信息与能量同传技术相结合,是绿色高效通信的新方向。本文开展全双工无线信息与能量同传系统中的资源分配算法以及优化传输方案研究,主要工作与创新如下:1.针对目前全双工无线系统中能量与信息同传方案存在的问题,本文以系统和速率为优化目标,提出一种适用于多节点的全双工信息与能量同传系统的传输方案。区别于已有方案,所提方案中源端和多个节点均采用全双工模式,假设信道状态信息已知,下行信道以无线射频为媒介同时传输信号和能量,上行信道以时分多址接入方式传输信息。用户采用功率分裂式的接收机结构,收集期望信号和干扰信号中的能量。为此,本文以系统加权速率和为性能指标,首先联合优化时间切换因子和功率分裂系数。然后采用拉格朗日算子求时间切换因子的最优解,同时基于黄金分割设计了一种优化算法求取功率分裂系数的最优解,并且讨论了算法的收敛性和复杂度。最后,通过仿真验证了本文所设计的算法及传输方案具有一定的和速率性能优势。2.为区别于现有全双工无线信息与能量同传系统的研究,本文在最大化多天线全双工信息与能量同传系统和速率的同时,考虑了其鲁棒性和能量效率,并提出了一种鲁棒性预编码及高能效时隙分配方案。首先,为减少全双工系统中自干扰对和速率造成的影响,基于奇异值分解及最小均方误差算法对系统自干扰进行消除;然后,固定时隙分配因子,在自干扰信道存在估计误差的情况下,基于一阶泰勒凸逼近对原优化问题进行鲁棒预编码设计,并给出相应的迭代算法;进一步,提出了不同约束条件下的时隙分配方案,并推导了不同方案下的时隙分配因子的最优解。最后,通过仿真与现有结果比较,证明了本文所提方案具有更好的性能。3.针对能量收集电路的非线性特性,并克服传统线性能量收集模型不实用的问题,本文提出一种实用的非线性能量收集模型,该模型考虑了电路的灵敏特性和饱和特性。为了同时解决无线中继需要的频谱和能耗问题,本文将该模型应用于全双工译码转发系统,分析并计算了系统的中断性能,包括中断概率和容量。结合不同的系统服务质量的要求,本文进一步讨论基于中断性能的最优非线性能量收集方案,给出了使全双工系统的中断概率最小的最优解的闭式表达式,同时基于黄金分割法求取了使系统中断容量最大的最优解。仿真结果验证了理论推导结果的正确性,而且表明了本文模型下的全双工系统的中断性能与传统线性模型下的系统性能有较大差异。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN92
【图文】：

图 2. 1 全双工通信系统模型 2.1 所示，节点 1 工作与全双工模式，在同一频段内，节点 1 的同时，也能接收节点 2 发送的信号和自身发送的信号，其中

图 2. 3 信息与能量同传原理示意图图 2.3 是信息与能量同传系统的通信原理图。发送端利用功放器将发送信号无线电磁波的方式从天线传输到空域中，在传输过程中，无线信号也承载着一部

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本文编号：2725187