能量获取协作通信系统中的最优功率控制研究

摘要

无线传感器网络广泛应用于各个领域,能量获取成为一种解决传统传感器网络能量受限的可行方法。可获取能量的无线通信系统近年来受到学术界的普遍关注。中继协作无线传输技术成为未来通信发展前景和降低通信成本的有效措施之一,是3GPP长期演进(ITE)技术的重要标准化前进方向。
　　结合了绿色通信思想,并将上述两者技术进行有机结合,本文深入研究了能量获取协作通信系统中最优功率控制。以能量获取协作通信系统为主要研究对象,以控制传输功率为研究手段,优化利用中继从外界获取的能量,提出了源和中继节点传输功率控制算法,目的是为了最大化数据传输总吞吐量。本文的主要研究成果概括如下:
　　首先,研究了三节点的能量获取协作中继网络,通过优化源节点和中继节点的传输功率,目标使得传输的总吞吐量最大。具体而言,在研究基于能量获取的传输调度问题中,很多场合中继协作传输源节点数据信息,同时自身也有数据需要传输。为了确保自身数据发送,在满足能量获取约束和最大发射功率约束下,通过寻找最优中继放大增益和用来传输自身数据的最优功率值,实现最大化两部分数据信息速率和。提出最优功率控制算法,并运用拉格朗日数乘法和KKT条件求取理论值。仿真验证了理论值的正确性。
　　其次,讨论了能量获取在认知中继网络中最优功率控制问题。在认知无线电频谱共享中继网络中,次用户共享主用户的频带进行数据传送,中继放大转发主用户发射机和次用户发射机信号。次用户发射机和中继都可以从自然界获取能量,并且次用户发射机和中继根据获取的能量和数据传送要求控制发射功率。由功率控制提出一个最优化问题:考虑了能量因果约束、最大发射功率约束和主用户接收机干扰约束下,最大化次用户系统的吞吐量。并且对优化问题进行分析和求解,仿真验证了多种能量获取情形下的最优发射功率。
　　研究的协作通信系统中基于能量获取的传输调度能为协作多点传输、蜂窝中继通信、OFDM中继等无线通信关键技术提供支持,对其他能量获取通信系统的传输调度问题也具有很大的意义。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景

§1.2 能量获取无线通信

§1.3 能量获取协作通信

§1.4 研究动机及意义

§1.5 本文的主要内容及章节安排

第二章 能量获取无线通信系统

§2.1 绿色通信

§2.2 能量获取无线通信系统

§2.3 本章小结

第三章 中继协作通信

§3.1 中继协作通信简介

§3.2 协同通信与中继

§3.3 合并接收技术

§3.4 本章小结

第四章 能量获取中继网络中源和中继的最优功率控制

§4.1 系统模型

§4.2 优化问题

§4.3 仿真结果与分析

§4.4本章小结

第五章 能量获取认知中继网络中源和中继的最优功率控制

§5.1系统模型

§5.2 优化问题

§5.3仿真结果与分析

§5.4本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 总结

§6.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果