基于无线能量采集中继网络的传输性能研究

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基于无线能量采集(Wireless Energy Harvesting,WEH)技术的无线通信网络是具有应用前景的热点研究方向。通过无线能量采集和无线信息传输的结合,可以有效的解决无线通信网络中能量受限节点的能量供应不足的问题。而且由于无线信道衰落特性会造成信号功率衰减,从而影响传输距离。所以,如何解决终端设备的供电问题以及无线信息的有效传输具有非常重要的研究意义。在传统的通信网络中,通过对某些网络节点进行设计或改造使其具有能量采集功能,从周围环境中的射频(Radio Frequency,RF)信号中进行采集,并将其作为节点转发信息的可用能量。本文主要从基于无线能量采集技术的两跳传输网络的中继选择设计,多跳传输网络的路径选择设计两个方面进行研究。论文的主要研究内容如下:1.针对传统的两跳传输系统中无线网络的能量受限和空间受限问题,通过采用解码转发中继,联合考虑了最大噪声干扰限制和发射机硬件损伤的影响,设计了两跳传输网络的中继选择方案。能量受限的源节点和中继节点能从具有多天线的功率辅助节点进行采集能量,采用基于时间切换接收机结构的中继选择协议,来增强系统的端到端性能。推导出了中断概率和吞吐量的表达式,最后通过理论分析与仿真实验证明了本文所提出的协议在瑞利衰落信道中的系统性能具有明显的优势。2.针对具有无线能量采集技术的多跳传输网络,在有多个窃听者和多个功率节点场景下进行多路径传输时的问题,应用解码转发中继网络设计了基于无线能量采集的多跳传输网络的路径选择方案。首先,所提系统模型在有多个窃听者和功率节点的场景下进行信息传输,中继对功率节点发出的射频信号进行能量采集。然后,中继利用所获能量进行下一跳的数据传输,选取源发射端和接收端之间的最佳路径作为数据传输路径。最后,推导出了所提方法在瑞利衰落信道下端到端中断概率的精确表达式,蒙特卡罗仿真和理论分析曲线很好的拟合,说明理论推导的正确性以及所提方法性能上具有优越性。
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