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通信技术与产业的发展从未止步,在经过四次重大变革后,第五代移动通信(The 5th Generaion,5G)即将来临。5G时代,移动用户的规模是巨大的,移动设备和基建设施的数目也将大幅度增加。尽管5G将满足用户在各种场所下多样化的业务需求,但也导致频谱资源更加短缺和能量消耗更加剧烈;此外,随着通信技术的发展,无线设备越来越多的应用在一些特殊环境中,如有毒、强酸等恶劣环境中或者人体内,这些设备均难以通过电网供电或频繁更换电池,导致通信质量和设备寿命受到电池容量的严重制约。目前,全双工中继技术(Full-Duplex Relaying,FDR)和无线信息与能量同传技术(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)可以有效解决上述问题。这是因为一方面,FDR能够同时同频传输信息且利用中继可以减少系统对抗路径损耗的能量损失;另一方面,SWIPT令同时进行无线通信与无线充电成为可能,拓宽了通信设备的使用场景,有效减弱了电池寿命对设备与网络带来的制约。本课题来源于国家自然科学基金项目“基于相位噪声加性高斯化的全双工极化自干扰消除研究”(项目编号:61501050)。为了充分利用通信资源,降低能耗,提升系统容量,本论文研究了SWIPT和FDR的联合技术,并在极化信号处理的基础上,分别从信道条件理想与信道条件不理想的角度,提出了适用于SWIPT系统的全双工中继传输策略。论文的具体研究工作如下:(1)对SWIPT技术、FDR技术、SWIPT系统中FDR传输策略的现状以及极化信号处理技术进行了总结和梳理。首先从发展历程、研究现状和未来挑战三方面详细研究了SWIPT技术和FDR技术。随后特别说明了SWIPT全双工中继传输策略的研究现状。最后分析了极化信号处理技术的基础理论和相关研究现状,为论文后续工作的开展奠定了基础。(2)针对功率分配传输策略中难以实现自能量回收利用的问题,本论文在SWIPT系统信道条件理想的情况下,提出了基于极化信号处理的全双工中继传输策略。该方案通过极化信号处理技术,将期望信号和回路干扰信号赋予不同的极化状态,使中继能够在进行全双工通信的同时实现自能量回收利用。此外,本论文以实现系统容量最大化为目标构建优化问题,并求出了最优功率分配系数的闭式解。理论分析和仿真结果表明所提方案不仅可以避免回路干扰对全双工通信造成影响,还可以充分收集该干扰信号中的能量,从而显著提升系统容量。(3)考虑到实际无线信道中,去极化效应交叉极化鉴别度(Cross Polarization Discrimination,XPD)会对基于极化信号处理的传输策略造成不利影响。针对该问题,本论文在SWIPT系统信道条件非理想的情况下,提出了自适应信道的全双工中继传输策略。该方案充分考虑到XPD对传输策略的影响,在源节点基于信道信息进行功率分配,从而控制极化信号发送状态,由此对抗XPD带来的影响。随后,论文建立了系统容量与功率分配系数之间的优化问题,并提出遗传算法求得近似最优解。理论分析与仿真结果表明所提出的方案能够自适应信道变化,在不同的XPD影响下,均可以保持系统容量的最佳。