蜂窩網中基于數能同傳技術的資源分配
發(fā)布時間：2019-11-09 03:07
【摘要】：隨著無線通信技術的飛速發(fā)展,人與人之間的通信變得更加的普遍,無線通信的網絡架構變得越來越復雜,可接入終端也變得越來越多。但是,這也帶來了一系列新的問題。由于終端數量急劇增多,網絡中的終端對能量的需求量也越來越大。同時,多種類型的業(yè)務對數據與能量的需求不同,勢必也將會對新一代網絡的發(fā)展帶來許多困難。因此,為了解決無線通信中的能量需求與數能均衡等問題,數能一體化網絡(Data and Energy Integrated Communication Networks,DEINs)應運而生。在數能一體化網絡中,利用能量采集技術以及無線射頻能量傳輸技術,通過設計合理的數能聯合優(yōu)化資源分配算法以及相應的數能傳輸協議等,網絡的通信性能可以得到極大的提高,因此也極大程度的緩解了新一代網絡所帶來的諸多能量問題。目前最常見的無線通信網絡非蜂窩網絡莫屬,因此,為了解決新一代無線通信網絡所帶來的問題,就首先需要將蜂窩網絡與數能一體化網絡相融合,生成新的數能一體化蜂窩網絡。由于接收端對無線射頻信號進行能量采集,必須開啟相應的能量采集電路,其中也需要一定的電路門限功率,因此,在原有研究基礎上引入電路門限因素,將使得研究場景更加實際。本文通過在引入電路門限功率的基礎下,對蜂窩網中基于數能同傳技術的資源分配進行研究。文章首先通過將傳統(tǒng)蜂窩網絡進行場景劃分,分割為單蜂窩通信場景與多蜂窩通信場景,然后通過對不同場景的蜂窩網絡引入無線數能同傳技術進行優(yōu)化。針對單小區(qū)場景,通過動態(tài)調整下行傳能與上行傳數的時間比例,并聯合設計波束成形,實現了數能一體化系統(tǒng)中資源的公平分配算法。然后在此基礎上,進一步考慮終端數據隊列因素,設計了一種基于數據隊列長度的公平性資源分配算法。針對多小區(qū)場景,本文以室內室外聯合場景為例,設計了一種數能干擾協調方法,通過多維資源聯合分配,實現了在滿足終端能量需求的同時,提升了系統(tǒng)的吞吐率。最后,通過仿真的性能分析,本文發(fā)現經過合理的資源分配后,系統(tǒng)的通信性能(吞吐量,收集的能量等)均得到了一定的提高,同時優(yōu)于其他模型。
【圖文】：
圖 2-1 功率注水原理，針對能量采集無線網絡的資源分配的優(yōu)化方式，可以將其分為化（Offline Optimization）和在線優(yōu)化（Online Optimization）。沒有電池容量的約束條件，可以使用階梯函數表達最優(yōu)能量的此為基礎提出了階梯注水法。類似的，為了解決由于能量因果束而產生的吞吐量最大化問題，文獻[19]和文獻[20] 另外提出了即能量可行通道（Energy Feasibility Tunnel）方法。文獻[19]在條件下，給出了一種最優(yōu)的分組調度策略；而在文獻[20]中，作短期吞吐量為目標，同時考慮能量因果約束和電池容量約束，化策略。圖 2-1 中分別為有電池最大容量和無電池最大容量兩種注水原理。其中，圖 2-1(a)(b)中的上半部分分別代表能量到達過達量為iE ，隨著每次能量的到達，電池中的能量也呈階梯狀的(b)中的下半部分。圖 2-1(a)代表電池最大容量為無窮，因此再進只需要考慮能量自身量的限制，紅色線條即為最優(yōu)的功率分配電池最大容量為maxE ，再進行功率分配的時候不單單需要考慮能
圖 2-2 遠端無線能量傳輸模型然而到目前為止，無線能量傳輸技術也是剛剛起步，還有許多亟待解決的關鍵問題。例如在高效率、高功率、高精度、長壽命、大尺寸和傳輸安全性等方面，其中的一些具體損耗也在圖 2-2 中得以標注體現。特別地，如果一個系統(tǒng)想要以微波能量為傳輸介質、以高效率為核心要求，必定會涉及到高效率的微波功率器件、低損耗的微波饋電網絡、高效率高功率的微波發(fā)射天線、高精度的波束指向控制、低反射高效率的微波接收、整流、收集電路等關鍵技術。針對上述關鍵問題和挑戰(zhàn)，國內外諸多研究者已經開展了許多相關的研究工作。美國最早在上世紀 60 年代就提出了無線能量傳輸技術，并且于 1975 年完成了 第 一 套 大 功 率 的 微 波 輸 能 實 驗 系 統(tǒng) ， 具 體 的 RF-DC 的 傳 輸 效 率 為6.6%@1.54km[26]；同時，在 2008 年美國還實現了 148km 的微波無線輸能實驗[27]，但是傳輸效率非常低。歐洲最早在 2001 年實現了 10kW 的點對點無線電力傳輸，傳輸距離可以達到 700m。日本亦在空間太陽能無線輸能技術以及地對地無線輸能技術研究上取得了一系列重要進展，，成功實現了千瓦級傳輸效率為 15%@42m 的無線輸能[28]。除此之外，國內在無線能量傳輸技術上也開展了許多相關工作，包
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.5
本文編號：2558210
【圖文】：
圖 2-1 功率注水原理，針對能量采集無線網絡的資源分配的優(yōu)化方式，可以將其分為化（Offline Optimization）和在線優(yōu)化（Online Optimization）。沒有電池容量的約束條件，可以使用階梯函數表達最優(yōu)能量的此為基礎提出了階梯注水法。類似的，為了解決由于能量因果束而產生的吞吐量最大化問題，文獻[19]和文獻[20] 另外提出了即能量可行通道（Energy Feasibility Tunnel）方法。文獻[19]在條件下，給出了一種最優(yōu)的分組調度策略；而在文獻[20]中，作短期吞吐量為目標，同時考慮能量因果約束和電池容量約束，化策略。圖 2-1 中分別為有電池最大容量和無電池最大容量兩種注水原理。其中，圖 2-1(a)(b)中的上半部分分別代表能量到達過達量為iE ，隨著每次能量的到達，電池中的能量也呈階梯狀的(b)中的下半部分。圖 2-1(a)代表電池最大容量為無窮，因此再進只需要考慮能量自身量的限制，紅色線條即為最優(yōu)的功率分配電池最大容量為maxE ，再進行功率分配的時候不單單需要考慮能
圖 2-2 遠端無線能量傳輸模型然而到目前為止，無線能量傳輸技術也是剛剛起步，還有許多亟待解決的關鍵問題。例如在高效率、高功率、高精度、長壽命、大尺寸和傳輸安全性等方面，其中的一些具體損耗也在圖 2-2 中得以標注體現。特別地，如果一個系統(tǒng)想要以微波能量為傳輸介質、以高效率為核心要求，必定會涉及到高效率的微波功率器件、低損耗的微波饋電網絡、高效率高功率的微波發(fā)射天線、高精度的波束指向控制、低反射高效率的微波接收、整流、收集電路等關鍵技術。針對上述關鍵問題和挑戰(zhàn)，國內外諸多研究者已經開展了許多相關的研究工作。美國最早在上世紀 60 年代就提出了無線能量傳輸技術，并且于 1975 年完成了 第 一 套 大 功 率 的 微 波 輸 能 實 驗 系 統(tǒng) ， 具 體 的 RF-DC 的 傳 輸 效 率 為6.6%@1.54km[26]；同時，在 2008 年美國還實現了 148km 的微波無線輸能實驗[27]，但是傳輸效率非常低。歐洲最早在 2001 年實現了 10kW 的點對點無線電力傳輸，傳輸距離可以達到 700m。日本亦在空間太陽能無線輸能技術以及地對地無線輸能技術研究上取得了一系列重要進展，，成功實現了千瓦級傳輸效率為 15%@42m 的無線輸能[28]。除此之外，國內在無線能量傳輸技術上也開展了許多相關工作，包
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.5
【參考文獻】
相關期刊論文 前2條
1 王世強;邢建春;李決龍;楊啟亮;;面向無線傳感器網絡的無線攜能通信研究[J];傳感器與微系統(tǒng);2015年08期
2 戚晨皓;黃永明;金石;;大規(guī)模MIMO系統(tǒng)研究進展[J];數據采集與處理;2015年03期
本文編號：2558210
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