基于毫米波通信的数能一体化介质访问控制机制研究

摘要

随着移动通信、电子信息技术的迅猛发展，毫米波通信技术凭借其优秀的带宽宽、波束窄、探测能力强等一系列优点，被越来越广泛熟知并进行深入研究和开发创新。但研究成果主要集中于多跳中继、空间重用等方向。同时这些研究成果彼此独立，并没有集中或者跨领域统筹考虑结合的问题，因此本论文希望在设备接入与发现领域和能量收集的可持续通信领域联合分析，针对毫米波频段频带极宽的特性，结合能量收割机制，研究新的媒体接入控制机制，从而保证通信系统的可持续工作。 文章首先结合毫米波通信特点以及数能同传特性，对所研究的IEEE802.11Mac协议及其机制进行了介绍，同时针对毫米波与数能同传的特性进行了结合，对毫米波数能一体化介质访问控制机制进行系统建模及理论说明，对应用场景进行抽象建模，对协议机制中的理论部分进行了详细地推导和说明。 之后文章对无线能量传输的室内场景中增强的CSMA/CA协议进行了说明，最后提出针对于该控制协议无法主动收集能量的不足所提出新的改进方案——基于能量退避间隔的毫米波数能一体化介质访问控制协议，对其协议机制进行了详细介绍，对改良特性进行了说明，并进行了详细的举例说明。 接下来对基于能量退避间隔的控制协议存在的一些特性进行说明并提出了改进方案，即基于能量分组的毫米波数能一体化介质访问控制协议，对其协议机制进行了详细介绍，并进行了理论分析，同时进行了举例说明。 接下来文章采用蒙特卡洛方法，通过对两种新的控制协议的性能进行仿真分析，说明详细的仿真参数设计，仿真对比上行链路吞吐量与STA的数量、上行链路吞吐量性能与分配时间资源比率μ、上行链路吞吐量与初始后退窗口大小W等验证了协议的真实效果。仿真发现两种新的协议上行链路吞吐量性能得到显着改善，同时通过适当地分配时间资源，可以最大化上行链路吞吐量。基于能量分组的毫米波数能一体化介质访问控制协议可以更容易实现，并且比基于能量退避间隔的毫米波数能一体化介质访问控制协议更节能。 最终文章对于基于能量退避间隔的毫米波数能一体化介质访问控制协议和基于能量分组的毫米波数能一体化介质访问控制协议性能进行了归纳总结，并进一步提出了工作展望。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1论文研究背景

1.2毫米波通信数能一体化的研究意义

1.3论文结构安排

第二章 毫米波数能一体化协议研究背景及理论

2.1毫米波通信特性

2.2毫米波标准制定过程

2.3毫米波通信研究现状

2.3.1异构网络架构和毫米波大规模MIMO模式的研究

2.3.2超密集网络研究（小小区部署）

2.3.3波束成形研究

2.3.4设备发现与接入问题

2.3.5数能一体化机制研究

2.4IEEE 802.11概述

2.5.1IEEE 802.11 MAC层协议概述

2.5.2 CSMA/CA机制

2.5.3IEEE 802.11 ad协议概述

2.6本章小节

第三章 基于能量退避间隔的毫米波数能一体化协议理论及设计

3.1毫米波数能一体化理论基础

3.2协议场景模型

3.3毫米波数能一体化协议理论推导

3.4增强的数能一体化协议

3.4.1 增强的数能一体化协议分析

3.4.2 增强的数能一体化协议示例

3.5基于能量退避间隔的毫米波数能一体化协议

3.5.1基于能量退避间隔的协议设计

3.5.2基于能量退避间隔协议的举例分析

3.6本章小节

第四章 基于能量分组的毫米波数能一体化协议

4.1基于能量退避间隔协议的局限性分析与改进

4.2基于能量分组的协议过程分析

4.3基于能量分组协议的能量传输效能理论分析

4.4基于能量分组协议的信道状态分类分析

4.5基于能量分组的协议对AP及STA影响分析

4.6基于能量分组协议的举例分析

4.7本章小节

第五章 毫米波数能一体化协议性能仿真验证

5.1蒙特卡洛方法仿真及参数设置分析

5.2上行链路吞吐量与STA的数量N的关系分析

5.3下行链路吞吐量与STA的数量N的关系分析

5.4上行链路吞吐量性能与比率μ的关系分析

5.5上行链路吞吐量与初始退避窗口大小W的关系分析

5.6STA / AP发送的能量请求/应答脉冲的数量关系分析

5.7本章小节

第六章 全文总结与展望

6.1主要工作与结论

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果