协作通信下的无线携能网络传输策略研究

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近些年,无线数据领域得到了快速发展,像无线设备或是无线传感器节点电池能量消耗较大,并且对于能量受限的节点来说,能量不足而影响生命周期更是亟待解决的问题。近几年绿色通信技术提出较多,因此,无线携能网络(Simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)应运而生,它是采取能量收集技术,通过射频信号(Radio frequency,RF)从周围环境中获取能量,来解决传感器节点能量不足的问题。能量收集也属于近些年的热门研究方向之一,并且应用领域十分广泛。SWIPT是将信号分为能量和信息两部分进行同时传输,有效的提高了传输效率。然而,为了实现无线携能网络的性能更优以及吞吐量最大化,无线信息与能量同时传输技术网络资源分配方案及传输模式等问题仍属于值得研究的内容。本文针对以上问题进行了研究,设计了两种基于无线携能网络的传输协议以及中继选择策略,制定有效的传输方案,对提升系统性能有重要意义。具体研究工作如下:首先,深入研究了无线信息与能量同时传输技术的体系结构和资源分配策略,在SWIPT的应用背景下,建立了系统模型。其次,本文设计了直接传输方式,根据当前信道状态,在一个周期内动态的调整能量收集时间,再将收集到的能量用于信息传输。推导出传输协议的吞吐量效率表达式,通过仿真验证了对于不同参数下的传输性能表现。再次,为了解决直接传输链路不通等问题,设计了中继传输方式。优化已有传输模式,实现协作通信下更有效率的通信策略,将能量的获取与信息的传输采取功率分配PS方式。在连续时间下,一个周期内两个阶段的传输时间因子采取自适应的策略。通过MATLAB仿真与已有的方式进行对比并观察其结果。最后,中继选择是利用分布式单天线终端之间的空间分集,来提高无线中继网络的性能。基于已提出的中继传输场景基础上,建立无线携能网络功率分配的多中继选择模型。在放大转发方式下,设计了两种中继选择传输策略,分别为改进的最大能量收集方式和改进的最大信噪比传输方式。通过MATLAB仿真证明了两种传输协议的性能,以及中继个数对整个系统性能的影响。
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