无线供能通信网络中的多维资源联合优化方法研究

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随着二十一世纪科技的快速发展,无线通信技术和物联网技术得到了长足的进步。随之而来的是网络中设备及终端数量的激增,造成了网络中的巨大能量缺口,对通信运营商和用户都带来了困扰。在当下的通信网络环境下,若采用电池供电的方式满足无线通信网络中大规模的低功耗物联网设备及终端对网络中能量资源的需求,会带来大量维护和人力成本。此时,无线供能技术是一种应对此问题的重要解决策略,其通过射频能量采集为无线终端设备提供能量。具体来说,射频能量采集技术可利用电磁波的远场辐射特性,将采集到的射频信号能量转化为电能以驱动无线设备,拥有信号收集范围广、距离长、功率小、提供的能量稳定且连续的特点,适用于能耗低、分布广的移动终端网络。本文针对无线供能通信网络中的资源分配问题进行了研究,主要包括三个方面的内容:首先,提出了一种无线供能通信网络中联合天线选择和资源分配方法。考虑了一个多载波无线供能通信网络,其含有一个混合接入点和多个无线供能用户。假设用户使用了自能量回收技术,在混合接入点发射功率约束和用户的能量因果约束下,以最大化用户总速率为目标,提出了联合天线选择、上行链路和下行链路子载波分配和功率分配、以及时间分配的算法。仿真结果表明该方法相比参考方法显著提高了用户总速率。其次,提出了一种高能效认知无线供能通信网络联合信道和功率分配方法。考虑了一个认知无线供能通信网络,其含有一个认知基站和多个无线供能用户且与同一个主用户共享频谱。在认知基站的发射功率约束和主用户干扰约束下,以最大化认知无线供能通信网络的能量效率为目标。提出了基于Dinkelbach方法和凸优化方法的联合信道和功率分配方法。仿真结果表明该方法相比参考算法显著提高了网络的能量效率。最后,提出了一种基于定价的合作认知无线供能通信网络能量资源分配方法。考虑了一个多载波协作认知无线供能通信网络,其含有一个认知基站和多个次用户,共享一个无线供能主用户的频谱。在假设主用户可采集次用户信号能量的前提下,将主用户和次用户的交互建模成了Stackelberg博弈,提出了达到Stackelberg均衡的次用户功率分配和信道分配、时间分配的优化算法。仿真结果表明该方法相比参考算法,在有效提升主用户效用的同时,更好地为次用户提供通信机会。
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