本文關(guān)鍵詞：多用戶信能同傳系統(tǒng)的收發(fā)機優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：為了應(yīng)對能源危機和環(huán)境污染問題,發(fā)展綠色通信技術(shù)是當前通信界的一個重要課題。除了降低通信能耗,對新能源的有效利用也是實現(xiàn)綠色通信的重要一環(huán)。作為一種潛在的綠色能源,無線電波可以用來同時傳輸信息與能量。因此,有必要研究信息與能量同時傳輸?shù)臒o線通信系統(tǒng)(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer System,SWIPT,以下簡稱為無線信能同傳系統(tǒng))及其高效傳輸理論。本文首先考慮一個基于功率分裂型接收機的多用戶多入單出(Multi Input Single Output,MISO)無線信能同傳系統(tǒng),其中每一個單天線接收機將接收到的信號分裂為兩部分,其中一部分用于信息譯碼,另外一部分用為能量采集。然后針對該系統(tǒng)模型,利用先進的凸優(yōu)化等理論工具開展多用戶無線信能同傳系統(tǒng)的高效傳輸機制研究,具體包括:(1)基于傳輸功率最小化的多用戶信能同傳系統(tǒng)低復(fù)雜度收發(fā)機設(shè)計:本文首先研究了滿足信干噪比(Signal-to-interference-plus-noise ratio,SINR)與采集能量約束(Energy harvest,EH)下的傳輸功率最小化問題,旨在滿足服務(wù)質(zhì)量的前提條件下實現(xiàn)系統(tǒng)傳輸功率最小化�？紤]到現(xiàn)有文獻中基于半正定松弛的最優(yōu)收發(fā)機設(shè)計算法具有較高的計算復(fù)雜度,本文提出了一種基于加權(quán)最大合并比—迫零預(yù)編碼的低復(fù)雜度收發(fā)機設(shè)計算法。仿真表明本文所設(shè)計的低復(fù)雜度方法在性能上能夠接近最優(yōu)性能。(2)基于采集能量最大化的多用戶信能同傳系統(tǒng)收發(fā)機設(shè)計:與傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)相比,多用戶信能同傳系統(tǒng)收發(fā)機的一個設(shè)計目標是實現(xiàn)采集能量的最大化。為此,本文考慮了在滿足服務(wù)質(zhì)量(即信干噪比達到一定門限)的前提條件下,實現(xiàn)采集能量最大化。由于能量采集函數(shù)與信干噪比函數(shù)的高度非凸非線性特性,本文采用約束凹凸優(yōu)化(Constrained Concave-Convex Procedure)思想對原問題進行一系列轉(zhuǎn)化得到原問題的近似凸問題,然后迭代地求解這些凸問題以實現(xiàn)采集能量的最大化。另外,本文針對采集能量最大化問題還考慮了基于迫零預(yù)編碼的低復(fù)雜度采集能量優(yōu)化方案,并利用仿真比較了兩種方案的性能。(3)基于能效優(yōu)化的多用戶信能同傳系統(tǒng)收發(fā)機優(yōu)化設(shè)計:作為衡量無線通信系統(tǒng)“綠色”與否的重要性能指標,對信能同傳系統(tǒng)的能效優(yōu)化展開研究具有重要意義。為了求解SWIPT系統(tǒng)下的能效優(yōu)化(Energy Efficiency Optimization,EEO)問題,考慮到能效函數(shù)的高度復(fù)雜性,包括系統(tǒng)和速率(Sum-Rate)函數(shù)和采集能量函數(shù)的高度非線性和非凸性以及與功率分裂因子的高度耦合性。本文針對一般多用戶MISO SWIPT系統(tǒng),利用加權(quán)最小均方誤差(Weighted Minimum Mean Square Error,WMMSE)方法和約束凹凸優(yōu)化思想提出了迭代收發(fā)機設(shè)計算法。同時,本文還考慮了針對采用迫零預(yù)編碼的多用戶MISO SWIPT系統(tǒng)的能效優(yōu)化方案。采用迫零預(yù)編碼的系統(tǒng)能效優(yōu)化問題可進一步簡化為功率分配和功率分裂因子聯(lián)合優(yōu)化問題,然后根據(jù)問題結(jié)構(gòu)采用拉格朗日松弛方法得到簡單的收發(fā)機設(shè)計算法。另外,本文還通過成比例地給每一個用戶分配獨立的發(fā)射功率設(shè)計了一種復(fù)雜度更低的收發(fā)機設(shè)計算法。最后通過仿真驗證了各種能效優(yōu)化算法的性能。
【關(guān)鍵詞】：無線信能同傳系統(tǒng) 凹凸優(yōu)化 拉格朗日松弛 功率分裂 預(yù)編碼 能效優(yōu)化 采集能量
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN859
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 無線能量傳輸?shù)难芯楷F(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 無線信能同傳系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 多用戶信能同傳系統(tǒng)介紹及本文主要工作15-20
• 1.3.1 多用戶信能同傳系統(tǒng)介紹15-18
• 1.3.2 本文主要工作18-20
• 1.4 本文結(jié)構(gòu)安排20-21
• 第二章 基于傳輸功率最小化的多用戶信能同傳系統(tǒng)低復(fù)雜度收發(fā)機設(shè)計21-30
• 2.1 傳輸功率最小化問題描述21-23
• 2.2 基于加權(quán)MRT-ZF預(yù)編碼的低復(fù)雜度收發(fā)機設(shè)計23-27
• 2.2.1 加權(quán)MRT-ZF預(yù)編碼方案23-24
• 2.2.2 基于半正定松弛的優(yōu)化算法24-27
• 2.3 仿真實驗27-29
• 2.3.1 仿真參數(shù)設(shè)置27
• 2.3.2 仿真結(jié)果分析與討論27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 基于采集能量最大化的多用戶信能同傳系統(tǒng)收發(fā)機設(shè)計30-44
• 3.1 基于一般預(yù)編碼的收發(fā)機設(shè)計30-35
• 3.1.1 問題描述30-31
• 3.1.2 基于CCCP的優(yōu)化算法31-35
• 3.2 基于迫零預(yù)編碼的低復(fù)雜度收發(fā)機設(shè)計35-40
• 3.2.1 基于迫零預(yù)編碼的采集能量最大化問題35-36
• 3.2.2 基于拉格朗日松弛的優(yōu)化算法36-40
• 3.3 仿真實驗40-43
• 3.3.1 仿真參數(shù)設(shè)置40-41
• 3.3.2 仿真結(jié)果分析與討論41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 基于能效優(yōu)化的多用戶信能同傳系統(tǒng)收發(fā)機設(shè)計44-73
• 4.1 基于一般預(yù)編碼的收發(fā)機設(shè)計44-53
• 4.1.1 問題描述44-45
• 4.1.2 基于CCCP的優(yōu)化算法45-53
• 4.2 基于迫零預(yù)編碼的低復(fù)雜度收發(fā)機設(shè)計53-66
• 4.2.1 基于迫零預(yù)編碼的能效最大化問題53-56
• 4.2.2 基于拉格朗日松弛的優(yōu)化算法56-65
• 4.2.3 基于Dinkelbach的單層迭代低復(fù)雜度優(yōu)化算法65-66
• 4.3 仿真實驗66-72
• 4.3.1 仿真參數(shù)設(shè)置66-68
• 4.3.2 仿真結(jié)果分析與討論68-72
• 4.4 本章小結(jié)72-73
• 第五章 總結(jié)與展望73-75
• 5.1 工作總結(jié)73-74
• 5.2 展望74-75
• 參考文獻75-79
• 致謝79-80
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果80

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本文編號：882548