块长有限的能量采集无线通信系统性能分析及优化

发布时间：2018-04-12 11:07

本文选题：能量收集 + 块长有限　；参考：《中国科学技术大学》2016年博士论文

【摘要】：Energy Harvesting无线通信系统从周围环境中收集清洁的可再生能源并将其转变为电能以供信息传输使用。与不使用能量收集技术的传统无线通信系统相比较,其具有如下几点优势：第一,Energy Harvesting无线通信系统使用清洁能源代替传统的电能,从根本上解决了无线通信过程中的二氧化碳排放问题,是实现绿色通信的一项重要技术手段；第二,Energy Harvesting无线通信系统的能量来自于周围环境,这帮助其摆脱了电网的束缚,使得人们为无电网覆盖的偏远或者环境恶劣地区提供网络服务成为了可能：第三,Energy Harvesting无线通信系统的能源是可再生的,因此如果使用能量收集技术替代容量有限的电池来为无线传感网、物联网等等电池供电的系统提供能量,可以帮助其突破电池容量的限制,大大延长网络的整体工作寿命。基于上述三点优势,Energy Harvesting无线通信系统近年来受到了学术界和产业界的广泛关注。在本文中,我们针对一些典型场景下的Energy Harvesting无线通信系统,分析其在系统块长度有限情况下的一些基本性能以及优化方法。之所以对块长度有限这一情况进行讨论主要出于以下两点考虑：第一,现在的无线网络中存在这大量的短包业务,这种情况下为了提升网络性能同时避免资源浪费,我们需要寻找、设计与之相适配的有限的系统块长度：第二,Energy Harvesting无线通信系统的能量具有随机性,过长的块长度明显会带来时频资源的浪费同时引入额外的时延等等,然而我们可以通过设计与其能量供给模型相适配的系统块长度来尽可能的消除能量随机性对系统性能带来的影响。本文的研究内容主要分为三个部分,分别针对点到点、两点到点(两个发送端一个接收端)以及多点到点(多个发送端一个接收端)三种典型场景下的Energy Harvesting无线通信系统展开研究,每一部分包含若干个研究点。本文的主要贡献如下：(1)针对点到点的Energy Harvesting无线通信系统,本文主要研究解决了如下三个问题：首先我们分析了Energy Harvesting无线通信节点的能量供给模型,给出了其能量队列队长的具体分布：其次,在上述能量供给模型的基础上,我们进一步研究得到了该系统在给定块长度下的一个可达码率,并给出了闭式表达式,随后分析讨论了该可达码率与系统块长度之间的关系。最后,我们对该系统的平均时延展开了研究并给出了平均时延的下界。该部分研究内容的重要意义在于,我们率先揭示了Energy Harvestiong无线通信系统的码率和平均时延与有限的块长度之间的关系,为实际Energy Harvestiong无线通信系统的设计与优化过程中某些重要参数的选择提供了可靠的理论依据。(2)两点到点的Energy Harvesting无线通信系统事实上构成了一个两用户的多接入信道。针对这样一个系统,本文主要研究解决了如下两个个问题：第一,我们研究分析了块长有限情况下该系统的容量域,并给出了精确的闭式表达式：第二,我们研究分析了该系统在块长有限情况下的稳定域,同样得到了精确的闭式表达式,并在此基础上进一步分析了该稳定域与有限的块长度之间的关系。这一方面填补了这-领域的研究空白,另一方面同样为实际Energy Harvesting无线通信系统设计提供了重要的理论依据。(3)对于多点到点块长有限Energy Harvesting无线通信系统,为了确保尽可能多的发送节点可接入系统正常工作,本文创造性的设计了一种带有软移除机制的分布式功率控制算法(EHPC)。软移除是指将某个通信节点的传输功率降到很低但并不彻底将其关停。EHPC算法同时考虑了节点的信道状态与能量状态,通过软移除一些信道较差或者能量收集能力较弱的节点,一方面减少了其他节点受到的干扰,另一方面避免了“功率振荡”现象的发生,保证了整个系统的稳定性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92

【相似文献】