中继通信中信息与能量协同传输技术研究

发布时间：2017-08-23 23:15

  本文关键词：中继通信中信息与能量协同传输技术研究

  更多相关文章： 信息与能量协同传输 时隙切换 功率分流 能量收集 物理层安全

【摘要】：无线信息与能量协同传输,又称为无线信息与能量同时传输,是无线通信技术与无线能量传输技术相结合的一个前沿研究方向。利用无线电磁波既能承载信息又能承载能量的特性,实现信息与能量的并行传输,即在信息传输的同时完成能量的传输与收集,从而提高发射功率的利用率,符合绿色通信发展要求,具有重要的实际意义。无线信息与能量协同传输的实现主要靠接收机的处理策略,现有的接收机处理策略有:时隙切换接收策略和功率分流接收策略。由此衍生出三种接收机结构:时隙切换式、功率分流式以及分离式。在单天线系统中,考虑能量受限节点在信息接收的同时进行能量收集,因此主要采用功率分流和时隙切换式接收机结构;而在多天线系统中,主要采用分离式的接收机结构,利用多天线的空间自由度,进行波束赋形设计,满足信息接收端的速率要求以及能量接收端能量收集约束。本文主要研究了中继通信系统中的信息与能量协同传输技术,着重针对单天线中继系统中的能量收集中继的接收处理策略、多天线中继系统中的波束赋形方案进行了研究,并且进一步地考虑了物理层安全中继系统中的信息与能量协同传输技术,将无线通信中的绿色通信与信息安全结合起来。具体研究内容如下:首先,在单天线能量收集中继场景下,对单天线中继的接收机处理策略进行了研究。基于功率分流以及基于时隙切换的中继策略,研究了在两种策略下系统传输速率最大化问题。通过数学推导,得到系统速率分别是关于功率分流系数以及时隙切换分配系数的凸函数,由此给出系统传输速率最大化下最优功率分流系数以及最优时隙切换分配系数的设计。并且分析了不同源节点功率以及不同中继位置下,最优功率分流系数以及最优时隙切换分配系数的设计选取。其次,针对多天线中继系统,研究了在中继功率受限以及满足能量收集约束的限制下使系统传输速率最大化的中继波束赋形设计方案,由于现有凸优化求解的方法复杂度较高,提出了一种基于简单线性预编码的中继波束赋形方案。对比了这两种方案,仿真结果表明,我们所提出的基于简单线性预编码的波束赋形方案的性能接近基于凸优化求解的最优波束赋形方案,并且有复杂度低等优点;接着给出了传输速率与能量收集之间的域界。最后,将中继系统中的无线信息与能量协同传输和物理层安全相结合。针对基于功率分流策略进行能量收集的安全多中继协作系统,讨论了系统功率分流系数与安全波束赋形的设计,分别对固定功率分流系数下安全波束赋形方案以及功率分流系数与安全波束赋形的联合设计方案进行了研究;针对带分离式能量收集的安全多中继协作系统,对中继波束赋形进行设计,研究了在中继功率受限以及满足能量收集约束的限制下使安全速率最大化的最优波束赋形方案以及基于窃听信道零空间的次优波束赋形方案,并对两种方案进行了对比。
【关键词】：信息与能量协同传输 时隙切换 功率分流 能量收集 物理层安全
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 无线信息与能量协同传输技术概述17-19
• 1.3 国内外研究现状19-22
• 1.3.1 点对点系统中接收机处理策略19
• 1.3.2 多天线系统中波束赋形问题19-20
• 1.3.3 中继系统中信息与能量协同传输20-21
• 1.3.4 物理层安全通信系统中的信息与能量协同传输21-22
• 1.4 本文结构与贡献22-25
• 1.4.1 本文结构23
• 1.4.2 本文贡献23-25
• 第二章 单天线中继系统中信息与能量协同传输技术研究25-38
• 2.1 引言25-26
• 2.2 系统模型及技术方案26
• 2.3 基于功率分流策略的无线能量收集中继传输方案26-30
• 2.4 基于时隙切换策略的无线能量收集中继传输方案30-32
• 2.5 仿真结果及分析32-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 多天线中继系统中信息与能量协同传输技术研究38-49
• 3.1 引言38-39
• 3.2 多天线SWIPT中继系统模型39-40
• 3.3 基于凸优化求解的中继波束赋形方案40-43
• 3.4 基于简单线性预编码的中继波束赋形方案43-45
• 3.5 仿真结果及分析45-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 物理层安全中继系统中信息与能量协同传输技术研究49-69
• 4.1 引言49-50
• 4.2 基于能量收集中继的物理层安全中继系统50-58
• 4.2.1 固定功率分流系数下安全中继波束赋形设计51-54
• 4.2.2 安全中继功率分流系数与波束赋形的联合设计54-58
• 4.3 分离式能量接收的物理层安全中继系统58-65
• 4.3.1 基于安全速率最大化的波束赋形方案60-62
• 4.3.2 基于零空间波束赋形方案62-65
• 4.4 仿真结果及分析65-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第五章 全文总结69-70
• 5.1 本文总结69
• 5.2 进一步的研究方向69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-75
• 个人简历75
• 攻读硕士期间参与的项目与研究成果75-76

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本文编号：727850