本文關鍵詞：無線信號與能量同步傳輸技術研究

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【摘要】：能量受限無線網絡,例如傳感網絡,是典型的通過電池來供電,只有有限的使用壽命。盡管通過更換電池或充電能在一定范圍內延長其使用時間,但通常這是高成本并且不便利的,在某些特定場景中,這甚至還是不可能的,(比如嵌入在建筑或病人體內的傳感器)。一個更加便利并且安全的方法是使用多節(jié)點數據和能量同時傳輸技術。論文研究了無線系統(tǒng)中的信號與能量同步傳輸問題,通過對各個不同場景進行合理討論以及合理設計,并提出相應的功率分配算法來實現(xiàn)最大化容量與最大化接收能量之間的平衡。論文研究內容如下:1、研究了單用戶場景下的無線信號與能量同步傳輸的聯(lián)合優(yōu)化問題。首先考慮了發(fā)送功率受限條件下基于信道容量的接收能量優(yōu)化問題,由于優(yōu)化問題較難,討論松弛情況的最優(yōu)解的求解;接著,討論SISO情形的優(yōu)化,將問題分為發(fā)送端是未知和已知信道狀態(tài)信息兩種情況,分別建立接收端的功率分配策略、發(fā)送功率分配與接收功率分配聯(lián)合優(yōu)化問題,得到兩個優(yōu)化問題的最優(yōu)解。然后,考慮了發(fā)送功率受限條件下基于能量的速率最大優(yōu)化問題,建立問題的數學優(yōu)化模型,在理論分析基礎上提出了問題的求解算法。最后通過數值結果驗證了容量-能量折中區(qū)域的邊界線,同時,隨著發(fā)送功率增大時,系統(tǒng)的總接收能量呈線性增大。2、研究了多用戶場景下的無線信號與能量同步傳輸的聯(lián)合優(yōu)化問題。先討論多用戶MISO場景下的容量與能量的約束關系,建立最大化所有能量接收機的接收總能量的優(yōu)化問題,考慮了可以消除能量信號的干擾以及不能消除該干擾的信號兩種信號接收機,得到兩個非凸的二次約束二次規(guī)劃問題,通過半定松弛以及上下行對偶方法求解優(yōu)化問題。接著討論了多用戶MIMO系統(tǒng),將優(yōu)化問題轉化為一個SDP的凸問題,并提出了解決優(yōu)化問題的二分迭代搜索法。最后數值結果顯示隨著發(fā)送功率的增加,容量-能量區(qū)域不斷往外延伸;如果系統(tǒng)中存在更多的能量接收機,那么接收的總能量會變的很大;同樣的,如果存在更多的信號接收機,那么系統(tǒng)的容量也會變大。3、研究了安全通信場景下的無線信號與能量同步傳輸的優(yōu)化問題�？紤]了安全通信中可能遇到的竊聽問題,討論了MISO安全通信系統(tǒng)中使用人工噪聲保證安全通信,同時將能量傳輸到空閑的接收機,建立了功率分配的多目標優(yōu)化問題。本文通過半定規(guī)劃松弛方法轉化優(yōu)化問題,提出一種基于SDP的功率分配算法,該算法可以得到近似最優(yōu)解。此外,我們將進一步提出兩個次優(yōu)解方案,數值結果顯示人工噪聲的雙重用途,同時也顯示出次優(yōu)解方案的性能優(yōu)良。
【關鍵詞】：廣播信道 能量收集 波束成形 無線信號與能量同步傳輸
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN919.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 符號說明11-12
• 縮略詞說明12-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 論文研究背景13
• 1.2 相關背景知識介紹13-18
• 1.2.1 MIMO技術13-15
• 1.2.2 無線能量傳輸技術15-18
• 1.3 論文的研究內容以及結構安排18-21
• 1.3.1 已有的研究工作18-20
• 1.3.2 論文內容安排20-21
• 第二章 單用戶系統(tǒng)中的無線信號與能量同步傳輸21-40
• 2.1 引言21-22
• 2.2 MIMO系統(tǒng)的SWIPT模型22
• 2.3 優(yōu)化問題的描述與分析22-36
• 2.3.1 基于速率的能量最大優(yōu)化問題22-34
• 2.3.2 基于能量的速率最大優(yōu)化問題34-36
• 2.4 數值結果與分析36-39
• 2.5 本章小結39-40
• 第三章 多用戶系統(tǒng)中的無線信號與能量同步傳輸40-59
• 3.1 引言40
• 3.2 MISO場景的研究40-48
• 3.2.1 系統(tǒng)模型40-42
• 3.2.2 優(yōu)化問題的描述與分析42-48
• 3.3 MIMO場景的研究48-54
• 3.3.1 系統(tǒng)模型48-51
• 3.3.2 優(yōu)化問題的描述與分析51-54
• 3.4 數值與仿真分析54-58
• 3.4.1 MISO系統(tǒng)仿真分析54-56
• 3.4.2 MIMO系統(tǒng)仿真分析56-58
• 3.5 本章小結58-59
• 第四章 安全通信中的無線信號與能量同步傳輸59-70
• 4.1 引言59
• 4.2 系統(tǒng)模型59-60
• 4.3 優(yōu)化問題的描述與分析60-66
• 4.4 數值與仿真分析66-69
• 4.5 本章小結69-70
• 第五章 總結與展望70-72
• 參考文獻72-75
• 附錄1 攻讀碩士學位期間撰寫的論文75-76
• 致謝76

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1 周軍;無線信號與能量同步傳輸技術研究[D];南京郵電大學;2016年

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本文編號：1007306