面向雾接入网的数能一体化设计及研究

发布时间：2021-06-10 07:47

　　随着物联网时代的到来,为了实现各种智慧应用,如智慧工业、智慧交通等,大量低功耗通信设备被广泛部署和应用。通常,物联网设备都采用由嵌入式电池供电,来支撑完成对环境感知,对数据处理和通信等操作。因此,这些设备的使用寿命受制于电池的容量。射频信号具有可控性、灵活性和可靠性,可用于对低功耗物联网设备远程充电,从而缓解物联网时代所带来的诸多能量问题。然而,由于传统的无线信息传输已经存在于射频频段,在同一频段启用无线功率传输会导致无线信息传输的性能下降。为了提升网络性能,在射频频段内协调无线信息传输和无线功率传输就显得尤为重要。在这样的背景下,本文研究了基于数能一体化传输技术的雾接入网中的资源分配算法,主要包括以下内容:本文将基于射频信号的无线功率传输引入到下一代无线接入网络架构——雾无线接入网（Fog Radio Access Network,F-RAN）应用之中,在传统的接入用户（即内容用户）的基础上,增加了无线充能用户（即能量用户）,构建起新型的无线接入网场景。由于前传链路容量有限,并非所有的增强型远程射频头（Enhanced Remote Radio Head,eRRH）都能够发送承载信息... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

来自周围环境的能量

第二章数能一体化网络关键技术概述11储存的能量。图2-2射频能量采集电路射频能源主要有两种类型：环境中的射频信号和专用射频源。环境中的射频信号主要来自于诸如电视塔，公共广播电台，蜂窝基站以及其他类型的射频发射器。专用射频源是指人为地向特定区域发射射频信号的射频发射器。射频传输系统在可靠性、可控性和可预测性方面具有良好的特性，能够同时为多个传感器节点供电。因此，射频功率传输系统的特点适合节点多、功耗低的无线传感器网络。射频功率传输系统与环境能源系统之间的差异主要如下：在固定的射频能量采集网络中，由于射频能量源和能量接收机之间的距离是固定的，因此能量接收机能够收集到能量是可预测的，并且随时间推移相对稳定；射频源可以为能量接收机提供远距离可控且恒定的能量传输；在射频能量传输过程中，接收机能够获取的能量水平取决于接收机到能量源的距离。因此，在网络中不同位置的接收机能够获取的射频能量差异很大[41]。区别于环境能量采集源复杂的能量接收器，如太阳能电池板，风/水涡轮机等，采集射频能量的能量接收器的结构相对简单。依靠整流器就可以将射频信号所携带的交流电转换为直流电，该直流电既可以直接驱动负载，也可以存储在储能设备中供后续使用。基于射频的无线功率传输主要面临三个技术挑战。首先，长距离传播和多径衰落可能会在射频信号到达接收器之前大大被衰减，这不可避免地会导致能量损失。其次，射频信号所携带的能量具有交流性质，不能直接调用它来驱动负载。因此，射频信号必须被转换成直流能量以便能进一步被使用。但是，在转换的过程中不可避免地会损失一部分能量。最后，射频信号波形的衍射可能会扩大波束大校因此，具有有限尺寸的接收天线不能捕获射频信号携带的所有

第二章数能一体化网络关键技术概述13据式（2-1）或式（2-2）计算得到的射频接收功率，r表示服从复高斯分布的随机数。2.2.2能量分割机制在SWIPT系统中，信息解码和能量采集由相同的射频信号承载，然后在信息接收机中解码信息，并在能量采集器中将获取到的电磁能转换为电能。由于保持能量接收机和信息接收机正常工作的最小接收信号的强度不同（例如，能量接收机为-10dBm，而信息接收机为-60dBm）[46]，因此传统的信息接收结构可能并不适用于SWIPT系统。在数能一体化网络中，目前接收机主要有四种能量分割方案：功率分割[47]、时间切换[48]、频分复用和空分复用[49]，这四种分割方案主要利用功率、时间、频谱以及空间资源协作传输信息和能量，如图2-3所示。图2-3SWIPT网络中的能量分割机制1)频分复用技术如图2-3(a)，在频分复用结构中，发射机可以将能量信号和信息信号通过不同的频带向接收机进行传输。2)空分复用技术空分复用技术主要采用天线切换[46]技术，即为能量采集器和信息接收机分别配备独立的天线。图2-3(b)显示了天线切换模型。接收机配备了两组天线，每一组连接到能量采集器或信息接收器，使得发射机发送的射频信号在不同的空间得到重复利用，从而能够实现数据和能量的协同传输。

【参考文献】：
期刊论文
[1]数能一体化无线通信网络[J]. 杨鲲,于秦,冷甦鹏,张平.  中国科学:信息科学. 2016(05)



本文编号：3221983