多载波通信系统中无线携能关键技术研究

摘要

随着无线通信的发展，能量消耗已经成为制约无线通信发展的瓶颈。无线携能(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer，SWIPT)通信可以在信息传输的同时，利用射频信号能量为接收机补充电能，为解决信息和能量同步传输提供了可能性。然而，传统SWIPT应用于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统中时，接收端大多是基于功率分流或时隙切换的，对子载波利用率较低。因此，本文提出针对多载波通信系统的SWIPT算法，并进行相应的理论分析和性能仿真。
　　首先，作为理论基础，介绍了多载波无线携能通信相关的基本理论，包括多载波、OFDM、SWIPT技术和中继协作通信;进而，介绍了优化理论基础，包括凸优化理论、拉格朗日函数、KKT条件。在此基础上，分析了能够实现功率自适应分配的线性注水算法。
　　其次，本文针对传统功率分流或时隙切换算法子载波利用率低的问题，提出多用户OFDM系统基于子载波分配的SWIPT算法。该算法将接收端的子载波分成两组，一种用于解码信息，另一组用于采集能量。在保证能量采集达到阈值的前提下，通过凸优化和迭代计算，实现联合优化功率和子载波分配。仿真结果表明，与传统算法相比，本文提出的子载波分配算法在实现资源优化分配的基础上，能够达到更高的解码信息速率，并且算法收敛速度快。
　　进而，考虑到当直传链路信道条件较差的情况，本文提出协作OFDM通信中基于子载波分配的SWIPT算法。该算法采用放大转发协议，中继节点利用一部分子载波向目的节点传输源节点信息，而剩余的子载波用来采集能量。通过建立和求解优化模型，在保证能量采集达到阈值的前提下，实现优化分配中继节点的子载波及子载波功率。仿真结果表明，提出的算法可以在直传链路信道条件较差时实现子载波及其功率的优化分配、提高吞吐量，并且算法收敛速度快。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的背景及意义

1．2 国内外发展现状及趋势

1．2．1 国外发展现状及趋势

1．2．2 国内发展现状及趋势

1．3 论文研究内容与章节安排

第2章 多载波无线携能及其优化技术

2．1 多载波与OFDM技术

2．1．1 多载波技术

2．1．2 OFDM技术原理

2．1．2 OFDM技术的优点

2．2 无线携能通信

2．2．1 无线能量传输

2．2．2 SWIPT原理

2．3 协作中继通信

2．4 凸优化基本理论

2．4．1 凸优化和拉格朗日对偶分解

2．4．2 KKT条件

2．5 线性注水功率分配算法

2．6 本章小结

第3章 多用户OFDM系统中基于子载波分配的SWIPT算法

3．1 多用户OFDM系统中基于PS的SWIPT算法

3．2 多用户OFDM系统中基于子载波分配的SWIPT算法

3．2．1 算法系统模型

3．2．2 算法优化模型

3．2．3 算法求解推导

3．3 仿真结果及分析比较

3．4 本章小结

第4章 协作OFDM通信中基于子载波分配的SWIPT算法

4．1 点对点OFDM通信中的SWIPT算法

4．2 协作OFDM通信中的SWIPT算法

4．2．1 算法系统模型

4．2．2 算法优化模型

4．2．3 算法求解推导

4．3 仿真结果及分析比较

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

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