无线信号与能量同步传输技术研究

发布时间：2017-10-10 16:10

  本文关键词：无线信号与能量同步传输技术研究

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【摘要】：能量受限无线网络,例如传感网络,是典型的通过电池来供电,只有有限的使用寿命。尽管通过更换电池或充电能在一定范围内延长其使用时间,但通常这是高成本并且不便利的,在某些特定场景中,这甚至还是不可能的,(比如嵌入在建筑或病人体内的传感器)。一个更加便利并且安全的方法是使用多节点数据和能量同时传输技术。论文研究了无线系统中的信号与能量同步传输问题,通过对各个不同场景进行合理讨论以及合理设计,并提出相应的功率分配算法来实现最大化容量与最大化接收能量之间的平衡。论文研究内容如下:1、研究了单用户场景下的无线信号与能量同步传输的联合优化问题。首先考虑了发送功率受限条件下基于信道容量的接收能量优化问题,由于优化问题较难,讨论松弛情况的最优解的求解;接着,讨论SISO情形的优化,将问题分为发送端是未知和已知信道状态信息两种情况,分别建立接收端的功率分配策略、发送功率分配与接收功率分配联合优化问题,得到两个优化问题的最优解。然后,考虑了发送功率受限条件下基于能量的速率最大优化问题,建立问题的数学优化模型,在理论分析基础上提出了问题的求解算法。最后通过数值结果验证了容量-能量折中区域的边界线,同时,随着发送功率增大时,系统的总接收能量呈线性增大。2、研究了多用户场景下的无线信号与能量同步传输的联合优化问题。先讨论多用户MISO场景下的容量与能量的约束关系,建立最大化所有能量接收机的接收总能量的优化问题,考虑了可以消除能量信号的干扰以及不能消除该干扰的信号两种信号接收机,得到两个非凸的二次约束二次规划问题,通过半定松弛以及上下行对偶方法求解优化问题。接着讨论了多用户MIMO系统,将优化问题转化为一个SDP的凸问题,并提出了解决优化问题的二分迭代搜索法。最后数值结果显示随着发送功率的增加,容量-能量区域不断往外延伸;如果系统中存在更多的能量接收机,那么接收的总能量会变的很大;同样的,如果存在更多的信号接收机,那么系统的容量也会变大。3、研究了安全通信场景下的无线信号与能量同步传输的优化问题。考虑了安全通信中可能遇到的窃听问题,讨论了MISO安全通信系统中使用人工噪声保证安全通信,同时将能量传输到空闲的接收机,建立了功率分配的多目标优化问题。本文通过半定规划松弛方法转化优化问题,提出一种基于SDP的功率分配算法,该算法可以得到近似最优解。此外,我们将进一步提出两个次优解方案,数值结果显示人工噪声的双重用途,同时也显示出次优解方案的性能优良。
【关键词】：广播信道 能量收集 波束成形 无线信号与能量同步传输
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 符号说明11-12
• 缩略词说明12-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 论文研究背景13
• 1.2 相关背景知识介绍13-18
• 1.2.1 MIMO技术13-15
• 1.2.2 无线能量传输技术15-18
• 1.3 论文的研究内容以及结构安排18-21
• 1.3.1 已有的研究工作18-20
• 1.3.2 论文内容安排20-21
• 第二章 单用户系统中的无线信号与能量同步传输21-40
• 2.1 引言21-22
• 2.2 MIMO系统的SWIPT模型22
• 2.3 优化问题的描述与分析22-36
• 2.3.1 基于速率的能量最大优化问题22-34
• 2.3.2 基于能量的速率最大优化问题34-36
• 2.4 数值结果与分析36-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第三章 多用户系统中的无线信号与能量同步传输40-59
• 3.1 引言40
• 3.2 MISO场景的研究40-48
• 3.2.1 系统模型40-42
• 3.2.2 优化问题的描述与分析42-48
• 3.3 MIMO场景的研究48-54
• 3.3.1 系统模型48-51
• 3.3.2 优化问题的描述与分析51-54
• 3.4 数值与仿真分析54-58
• 3.4.1 MISO系统仿真分析54-56
• 3.4.2 MIMO系统仿真分析56-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 安全通信中的无线信号与能量同步传输59-70
• 4.1 引言59
• 4.2 系统模型59-60
• 4.3 优化问题的描述与分析60-66
• 4.4 数值与仿真分析66-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 参考文献72-75
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文75-76
• 致谢76

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