基于无线能量传输技术的无线通信系统性能分析与优化
发布时间：2023-12-10 16:04
随着第五代移动通信网络技术的发展,物联网逐渐渗透人类生活的各个层面,各种无线传感器网络遍布于社会各个角落。随之而来的是低功耗设备、移动通信终端等数量的爆炸性增长。据报告显示,截至2020年,全球物联网设备接入量将达到260亿。在新一代移动通信网络中,如何有效的为各种复杂环境下的网络节点进行供电成为网络建设的重要一环。为了解决这一问题,基于射频信号以及光信号的无线能量传输作为取代通过更换电池、利用有线供电等传统供电方式的新型无线充电技术,得到学术界及工业界的广泛关注。无线能量传输技术以其部署灵活、便捷可控的优势,为有效延长物联网以及无线传感器网络等无线通信系统的使用寿命提供了可能。因此,如何将无线能量传输技术与无线通信系统进行有效的结合成为当前无线通信领域的研究热点。本论文分别从用户能量收集,系统信道容量,端到端系统能效,低传输时延,以及波束优化等方面,对多种基于无线能量传输技术的无线通信系统进行深入的系统性能分析与优化。为无线能量传输技术在通信系统中的应用提供了指导意见。论文的主要贡献包括:1.研究了不同信道状态信息下莱斯信道对多天线无线供电通信系统信道容量的影响。具体地,本论文针对能...
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
符号对照表
缩略词列表
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 本文相关技术简介
1.2.1 基于射频的无线能量传输技术
1.2.2 多天线与大规模MIMO
1.2.3 低精度ADC与混合精度ADC
1.2.4 基于可见光的无线信息与能量同传技术
1.3 研究现状
1.3.1 无线能量传输技术在射频通信网络中的应用
1.3.2 无线能量传输技术在可见光通信系统中的应用
1.4 论文主要创新点
1.5 论文结构安排
第二章 莱斯信道下的WPCN系统性能分析
2.1 引言
2.2 系统模型
2.2.1 能量收集阶段
2.2.2 信息传输阶段
2.2.3 系统遍历容量
2.3 初始结果
2.4 场景一:无信道状态信息时的信道容量分析
2.4.1 信道容量上界
2.4.2 信道容量下界
2.4.3 高信噪比域的信道容量
2.4.4 低信噪比域的信道容量
2.5 场景二:部分信道状态信息时的信道容量分析
2.5.1 信道容量上界
2.5.2 信道容量下界
2.5.3 高信噪比域的信道容量
2.5.4 低信噪比域的信道容量
2.6 仿真结果
2.7 本章小结
第三章 基于混合精度ADC大规模天线的无线能量传输能效研究
3.1 引言
3.2 系统模型
3.2.1 上行信道估计
3.2.2 下行无线能量传输
3.3 系统能耗模型
3.3.1 ADC能耗模型
3.3.2 DAC能耗模型
3.3.3 系统总能耗
3.4 用户收集的能量
3.5 最优系统能效
3.6 仿真结果
3.7 本章小结
第四章 基于短包通信的SWIPT系统性能分析
4.1 引言
4.2 系统模型
4.3 BLER分析
4.3.1 系统平均BLER
4.3.2 系统BLER的下界
4.3.3 BLER的高信噪比域近似
4.4 仿真结果
4.5 本章小结
第五章 两用户MIMO SLIPT系统最优波束设计
5.1 引言
5.2 系统模型
5.2.1 VLC系统信道模型
5.2.2 用户接收信噪比
5.2.3 用户收集的能量
5.3 最优波束设计
5.3.1 LED输入信号约束
5.3.2 问题转换
5.3.3 问题的凸化与求解
5.4 简化的波束赋形策略
5.4.1 基于ZF预编码的功率分配
5.4.2 基准策略:采用相同DC bias时的ZF策略
5.5 仿真结果
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 研究展望
参考文献
附录 A 第二章相关证明
A.1 定理2.1的证明
A.2 定理2.3的证明
A.3 定理2.4的证明
附录 B 第三章相关证明
B.1定理3.1的证明
附录 C 第四章相关证明
C.1 定理4.1的证明
C.2 定理4.2的证明
C.3 定理4.3的证明
攻读博士学位期间主要研究成果及参与的科研项目
本文编号：3872690
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
符号对照表
缩略词列表
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 本文相关技术简介
1.2.1 基于射频的无线能量传输技术
1.2.2 多天线与大规模MIMO
1.2.3 低精度ADC与混合精度ADC
1.2.4 基于可见光的无线信息与能量同传技术
1.3 研究现状
1.3.1 无线能量传输技术在射频通信网络中的应用
1.3.2 无线能量传输技术在可见光通信系统中的应用
1.4 论文主要创新点
1.5 论文结构安排
第二章 莱斯信道下的WPCN系统性能分析
2.1 引言
2.2 系统模型
2.2.1 能量收集阶段
2.2.2 信息传输阶段
2.2.3 系统遍历容量
2.3 初始结果
2.4 场景一:无信道状态信息时的信道容量分析
2.4.1 信道容量上界
2.4.2 信道容量下界
2.4.3 高信噪比域的信道容量
2.4.4 低信噪比域的信道容量
2.5 场景二:部分信道状态信息时的信道容量分析
2.5.1 信道容量上界
2.5.2 信道容量下界
2.5.3 高信噪比域的信道容量
2.5.4 低信噪比域的信道容量
2.6 仿真结果
2.7 本章小结
第三章 基于混合精度ADC大规模天线的无线能量传输能效研究
3.1 引言
3.2 系统模型
3.2.1 上行信道估计
3.2.2 下行无线能量传输
3.3 系统能耗模型
3.3.1 ADC能耗模型
3.3.2 DAC能耗模型
3.3.3 系统总能耗
3.4 用户收集的能量
3.5 最优系统能效
3.6 仿真结果
3.7 本章小结
第四章 基于短包通信的SWIPT系统性能分析
4.1 引言
4.2 系统模型
4.3 BLER分析
4.3.1 系统平均BLER
4.3.2 系统BLER的下界
4.3.3 BLER的高信噪比域近似
4.4 仿真结果
4.5 本章小结
第五章 两用户MIMO SLIPT系统最优波束设计
5.1 引言
5.2 系统模型
5.2.1 VLC系统信道模型
5.2.2 用户接收信噪比
5.2.3 用户收集的能量
5.3 最优波束设计
5.3.1 LED输入信号约束
5.3.2 问题转换
5.3.3 问题的凸化与求解
5.4 简化的波束赋形策略
5.4.1 基于ZF预编码的功率分配
5.4.2 基准策略:采用相同DC bias时的ZF策略
5.5 仿真结果
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 研究展望
参考文献
附录 A 第二章相关证明
A.1 定理2.1的证明
A.2 定理2.3的证明
A.3 定理2.4的证明
附录 B 第三章相关证明
B.1定理3.1的证明
附录 C 第四章相关证明
C.1 定理4.1的证明
C.2 定理4.2的证明
C.3 定理4.3的证明
攻读博士学位期间主要研究成果及参与的科研项目
本文编号：3872690
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