无源中继的通信系统中信息速率最大化的能量分配研究

摘要

随着无线通信网络的快速发展与广泛应用，基于无线携能通信(SWIPT)技术的通信网络引起了越来越广泛的研究。这项技术很好地解决了设备电池频繁充电或者更换的问题，很大程度地延长了设备的工作时间，而且可以适应一些例如高温、高压等的特殊通信环境。中继技术可以扩大通信网络的覆盖范围，增加系统的吞吐率。将SWIPT技术与中继技术相结合，可以进一步提高通信系统的性能。本文研究基于SWIPT技术的中继通信系统，其中的中继节点没有固定的能量供应，依靠收集射频信号的能量维持运行。提出两种中继能量分配方案，分别解决单用户中继系统受到干扰信号的干扰问题，以及多用户中继系统中的用户信息速率不公平问题。本文主要分为两个部分: 1.对于工作在干扰信号环境下的单用户中继通信系统，当信息传输因为干扰信号而无法正常进行时，中继工作在能量收集模式，并将收集的射频信号能量存储在能量存储器中，直到干扰结束。中继将能量存储器中的能量分配给后续通信时期的传输块。研究两种中继接收机结构，即，时隙切换和功率分流，并提出最佳能量分配方案，推导所提出方案的用户信息速率。仿真结果表明，所提出方案可以显著改善用户信息速率因为干扰信号造成的损失。 2.对于多用户中继通信系统，中继利用能量收集模式下收集的能量将用户的信息分别进行放大转发。本文首先提出总信息速率最大化模型，并推导出该模型对应的能量分配方案。经过对比发现，距离中继较远用户的信息速率明显小于距离中继较近用户的信息速率，即，“远近”现象。针对“远近”问题，本文提出公共信息速率最大化模型，并推导出该模型对应的能量分配方案。在该模型下，所有用户的信息速率都相等，保证多用户中继通信系统中信息速率的公平性。仿真结果表明，基于公共信息速率最大化模型的能量分配方案有效地解决了多用户中继通信系统中的“远近”问题。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1课题研究背景

1．2国内外研究现状

1．2．1射频能量收集技术研究现状

1．2．2 SWIPT技术研究现状

1．3主要研究内容与成果

1．4缩写与符号说明

1．5文章组织结构

第二章无线携能通信中继技术基本理论

2．1射频能量收集技术

2．1．1射频信号传播模型

2．1．2射频信号源

2．1．3 RF-EHN的结构

2．2 SWIPT技术

2．2．1基于TS的SWIPT技术

2．2．2基于PS的SWIPT技术

2．3中继技术

2．3．1中继的分类

2．3．2中继的传输协议

2．4本章小结

第三章干扰环境下单用户中继系统的能量分配

3．1基于TS策略的能量分配方案

3．1．1基于TS策略的信号传输过程

3．1．2基于TS-EAE方案的系统信息速率

3．1．3 TS-EAE方案数值仿真

3．2基于PS策略的能量分配方案

3．2．1基于PS策略的信号传输过程

3．2．2基于PS-EAE方案的系统信息速率

3．2．3 PS-EAE方案数值仿真

3．3本章小结

第四章多用户中继系统的中继能量分配

4．1多用户中继系统模型

4．2多用户中继系统中用户的信息速率

4．3．1多用户中继系统的能量分配模型

4．3．2多用户中继系统的能量分配方案仿真

4．4本章小结

第五章总结与展望

5．1工作总结

5．2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

附录

附录A

附录B

附录C

附录D

附录E

致谢