分布式天线系统中基于无线携能通信的能效优化方案研究

发布时间：2020-05-07 04:42

【摘要】：信息与通信行业的能耗问题日益严重,降低通信能耗,提高系统的能量效率(Energy Efficiency,EE)将是未来5G发展的一个重要方向。分布式天线系统(Distributed Antenna System,DAS)可以有效提高系统速率、扩大覆盖范围,是实现“绿色通信”的关键技术之一。而且,无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术可以为无线设备提供能量,延长设备的续航时间,对节能环保有重要意义。为此,本文将这两种技术相结合,研究分布式天线系统基于无线携能通信技术的能效优化问题,给出多种高能效的资源分配方案,为实现绿色分布式天线系统提供理论依据。全文的主要工作如下:1.研究DAS中基于SWIPT的能效优化方案。首先构建DAS-SWIPT系统模型并给出能效最大化的目标优化函数。利用KKT条件和遍历法,提出一种最优资源分配方案。考虑到遍历法的高复杂度,利用天线选择技术,给出一种低复杂度的次优资源分配算法。通过仿真验证,所提次优方案在降低计算复杂度的同时,可以获得与最优方案相近的EE性能。2.研究多用户DAS中基于SWIPT的能效优化方案。首先构建多用户DAS-SWIPT系统模型和相应的能效优化问题。借助于分式规划理论和拉格朗日乘子法将原目标优化函数转换成无约束的优化问题。利用块坐标下降算法和Dinkelbach方法对系统的功率分配和功率分割比进行联合优化,并提出了相应的资源分配方案。仿真结果表明所提方案可以获得与高复杂度的遍历法相近的EE性能。3.研究多用户DAS中基于SWIPT和不完全信道状态信息(Imperfect Channel State Information,CSI)的能效优化方案。首先构建不完全CSI下多用户DAS-SWIPT系统能量有效的目标优化函数。考虑到直接优化计算的困难性,利用Jensen不等式给出目标函数的优化上界。基于此上界,借助于分式规划理论等求解方法,提出一种基于大尺度衰落信息的次优能效优化资源分配方案,仿真验证了所提算法的有效性。
【图文】：

第二章 关键技术中所涉及的关键理论技术，首先介绍 DAS 的特点和优绍天线选择技术，为后续内容做理论铺垫。系统(DAS)是未来公共无线接入网络的一种新型结构，它被认为通信系统多天线技术的一种。图 2.1 是一种典型的 D场所下，来自蜂窝塔的信号无法提供足够的覆盖范围对的范围，而在 DAS 中远程天线单元(RAU)与基站(B内，可以有效改善系统的覆盖问题，解决覆盖盲点。单元相连接，所有复杂信号的处理都集中在中央处理与放大传输，从而降低了系统的能耗，得到能量效率均匀分布，增加了小区内的天线密度，大大缩短了移少了终端的平均发射功率，并增加了终端电池的续航

南京航空航天大学硕士学位论文信息解码模式，进行信息处理。在基于时隙切换结构的 SWIPT 系统中，同一时刻接收端只能选择工作在其中一种模式下，即选择只进行信息解码或只进行能量收集。（3）功率分割结构。如图 2.2(c)所示，接收到的射频信号被分成两个流，一个流用于能量传输，另一个流用于信息解码。在基于功率分割结构的 SWIPT 系统中，由于接收端收到的信号是根据功率分割比进行功率分割的，信号没有损失，因此数据不容易丢失。与时隙切换的 SWIPT系统相比，功率分割结构的 SWIPT 无需设计反馈及控制电路来更新时隙切换系数，只需要通过接收端的功率分割器自行调整功率分割比即可，，更简单且更易于操作。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN828.6

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