无线网络中的信息和能量高效传输关键技术研究
发布时间：2020-05-19 09:39
【摘要】：无线网络的高效传输和能量优化一直以来是无线通信领域的研究热点,随着5G系统的商业部署和6G系统关键技术的研究开展,进行高效数据传输是无线通信系统需要解决的问题。此外,随着低功耗节点未来海量部署和连接,对节点持续供能有了迫切需求。近年来出现的无线信息和能量同时传输技术(又称无线携能通信技术)有望解决此问题。论文从无线网络移动节点能量优化策略、多输入多输出双向中继系统、全双工通信技术、无线信息和能量同时传输技术等方向出发,以收发机联合优化设计和能量优化策略为对象展开研究,对无线网络中的信息和能量高效传输关键技术展开系统深入研究,主要研究成果和创新如下:1.在无线节点大面积覆盖的网络中,基于时延惩罚因子,提出了两种无线网络中目标节点跟踪方案,尾随(Tail Following)方案和超前等待(Waiting Ahead)方案。从能量效率角度来看,Waiting Ahead方案要更优于Tail Following方案。所提出方案能够进一步应用到无线移动网络的系统中。2.针对无线双向中继携能通信传输问题展开研究,基于Lattice编码,研究了无线双向中继转发网络中信息和能量同时传输系统,建立了信息和能量同时传输系统的优化问题模型,提出了基于Lattice编码的无线携能系统最大速率联合优化算法,在半正定松弛和半定规划方法的基础上,通过分析可达速率,建立了具有多个变量的速率和优化问题,并建立仿真平台,验证了提出算法的有效性。3.针对多输入多输出放大转发双向中继系统,基于最小均方误差准则,提出了一个关于该系统的联合波束赋形优化算法。此外,研究了全双工双向中继信息和能量同时传输系统的优化模型,提出了一种低复杂度对角化迭代算法方案和一种基于总发射功率最小化的优化方案。仿真结果表明低复杂度方案收敛得更快,解决了系统复杂度高的问题。仿真结果验证了提出的方案。当前,信息和能量同时传输技术已经有实验室环境中的原型系统,设计实用高效的系统和信道非理想条件下传输等问题都有待解决,针对以上问题做进一步的研究是今后研究中的主要方向。
【图文】：
传输速率非常重要，关键的支持技术主要有异构网络（ＨｅｔＮｅｔｓ），大规模多输入逡逑多输出（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ邋Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ，ＭＩＭＯ）、毫米波（ｍｍＷａｖｅ）技术和能逡逑量收集网络等（如图１所示）。其中能效问题是关键问题之一。逡逑（部署规划Ｉ逡逑土＇邋厂＇＇逡逑Ｗ邋0邋Ｗ逡逑＼与传输／逡逑图１－１邋５Ｇ网络能效技木逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｅｎｅｒｇｙ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ邋５Ｇ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ逡逑１逡逑
逡逑无线能量采集网络中分为三种主要的传输方案，如图１－２所示。第一种方案逡逑是无线功率传输，其中功率传输器仅将功率传输给能量收集接收器以便给节点的逡逑电池充电，不进行任何信息交换。第二种方案是在无线功率通信网络中，能量收逡逑集接收机在第一时隙的下行链路中收集能量给节点充电，在第二时隙中传输其信逡逑息。第三种传输方案是信息和功率同时传输，在该方案中，发射机将使用相同波逡逑形的无线能量和信息信号传输到多个能量采集和信息解码接收机。由于同时利用逡逑信息和功率会带来更高的信息能量传输效率，第三种方案己经引起越来越多研宄逡逑者的兴趣。逡逑第一种方案第二种方案逦第三种方案逡逑％邋：一邋ｉ逦燮邋一￣＾逡逑—能！传输—信~枺惧义贤迹保材芰渴占桨稿义希疲椋纾澹保插澹牛睿澹颍纾澹瑁幔颍觯澹螅簦椋睿珏澹恚铮洌邋义衔尴吣芰看洌ǎ祝椋颍澹欤澹螅箦澹校铮鳎澹蝈澹裕颍幔睿螅妫澹颍祝校裕┑母拍钣谑攀兰桶耸甏慑义希危椋耄铮欤徨澹裕澹螅欤徨逄岢觥Ｍǔ４嬖诮〉牡绱鸥杏Γǎ危澹幔颍疲椋澹欤溴澹牛欤澹悖簦颍铮恚幔纾睿澹簦椋沐澹桑睿洌酰悖簦椋铮睿╁义虾驮冻〉牡绱欧洌ǎ疲幔颍疲椋澹欤溴澹牛欤澹悖簦颍铮恚幔纾睿澹簦椋沐澹遥幔洌椋幔簦椋铮睿┝街植煌氖迪址绞健５珏义洗鸥杏Τ涞绻ぷ髟碇饕峭ü绺旭詈匣虻缛蓠詈侠词迪侄叹嗬氲哪芰看洌义先缥拊瓷淦凳侗穑ǎ校幔螅螅椋觯邋澹遥幔洌椋铮疲颍澹瘢酰澹睿悖澹桑洌澹睿簦椋妫椋悖幔簦椋铮，
本文编号：2670701
【图文】：
传输速率非常重要，关键的支持技术主要有异构网络（ＨｅｔＮｅｔｓ），大规模多输入逡逑多输出（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ邋Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ，ＭＩＭＯ）、毫米波（ｍｍＷａｖｅ）技术和能逡逑量收集网络等（如图１所示）。其中能效问题是关键问题之一。逡逑（部署规划Ｉ逡逑土＇邋厂＇＇逡逑Ｗ邋0邋Ｗ逡逑＼与传输／逡逑图１－１邋５Ｇ网络能效技木逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｅｎｅｒｇｙ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ邋５Ｇ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ逡逑１逡逑
逡逑无线能量采集网络中分为三种主要的传输方案，如图１－２所示。第一种方案逡逑是无线功率传输，其中功率传输器仅将功率传输给能量收集接收器以便给节点的逡逑电池充电，不进行任何信息交换。第二种方案是在无线功率通信网络中，能量收逡逑集接收机在第一时隙的下行链路中收集能量给节点充电，在第二时隙中传输其信逡逑息。第三种传输方案是信息和功率同时传输，在该方案中，发射机将使用相同波逡逑形的无线能量和信息信号传输到多个能量采集和信息解码接收机。由于同时利用逡逑信息和功率会带来更高的信息能量传输效率，第三种方案己经引起越来越多研宄逡逑者的兴趣。逡逑第一种方案第二种方案逦第三种方案逡逑％邋：一邋ｉ逦燮邋一￣＾逡逑—能！传输—信~枺惧义贤迹保材芰渴占桨稿义希疲椋纾澹保插澹牛睿澹颍纾澹瑁幔颍觯澹螅簦椋睿珏澹恚铮洌邋义衔尴吣芰看洌ǎ祝椋颍澹欤澹螅箦澹校铮鳎澹蝈澹裕颍幔睿螅妫澹颍祝校裕┑母拍钣谑攀兰桶耸甏慑义希危椋耄铮欤徨澹裕澹螅欤徨逄岢觥Ｍǔ４嬖诮〉牡绱鸥杏Γǎ危澹幔颍疲椋澹欤溴澹牛欤澹悖簦颍铮恚幔纾睿澹簦椋沐澹桑睿洌酰悖簦椋铮睿╁义虾驮冻〉牡绱欧洌ǎ疲幔颍疲椋澹欤溴澹牛欤澹悖簦颍铮恚幔纾睿澹簦椋沐澹遥幔洌椋幔簦椋铮睿┝街植煌氖迪址绞健５珏义洗鸥杏Τ涞绻ぷ髟碇饕峭ü绺旭詈匣虻缛蓠詈侠词迪侄叹嗬氲哪芰看洌义先缥拊瓷淦凳侗穑ǎ校幔螅螅椋觯邋澹遥幔洌椋铮疲颍澹瘢酰澹睿悖澹桑洌澹睿簦椋妫椋悖幔簦椋铮，
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