【摘 要】
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当前信息时代,无线网络的蓬勃发展以及新型网络架构的不断涌现,为信息通信产业提供了巨大的机遇与挑战,无线通信网络中能量受限节点对能量的需求逐渐成为制约通信服务质量的瓶颈,其碳排放和能源消耗越来越引起人们的重视。与此同时,在保证用户通信质量的同时,尽可能地降低无线网络的能量消耗,从而延长网络的使用寿命已经成为了制约未来通信发展的关键问题。另一方面,与有线通信设备相比,无线通信设备具有适应一些特殊应用环
【机 构】
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河南工业大学信息科学与工程学院,郑州中国 密德萨斯大学科学技术学院,伦敦英国
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当前信息时代,无线网络的蓬勃发展以及新型网络架构的不断涌现,为信息通信产业提供了巨大的机遇与挑战,无线通信网络中能量受限节点对能量的需求逐渐成为制约通信服务质量的瓶颈,其碳排放和能源消耗越来越引起人们的重视。与此同时,在保证用户通信质量的同时,尽可能地降低无线网络的能量消耗,从而延长网络的使用寿命已经成为了制约未来通信发展的关键问题。另一方面,与有线通信设备相比,无线通信设备具有适应一些特殊应用环境的能力,例如部署在高温、高压、高辐射等恶劣环境下的无线传感器网络和植入人体的精密医疗芯片等,然而其缺点是无法经常更换电池又无法通过电网直接供电,从而使通信设备的生命周期严重受到有限电池容量的制约。因此为了延长无线网络的使用寿命,迫切需要找到一种有效的方法来解决通信设备能源受限问题。针对上述问题,近两年新兴的无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术,因其能够实现了信息和能量的同时传输,自提出以来就受到了人们的广泛关注。针对分布式天线系统(Distributed Antenna Systems,DAS)SWIPT系统中发射机未知功率分裂式接收机(Power Splitting-based Receiver)的信道信息的情况,为了解决多用户信干噪比(Signal-to-Interference-plus Noise Ratio,SINR)不均衡问题,在天线单元功率约束以及能量采集约束条件下,建立了确定性信道误差模型并研究最差SINR最大化问题。为了解决该非凸问题,其能够转化为两阶段优化问题进行求解。首先,给定功率分裂因子时,能够将原最差SINR最大化问题转化为一系列天线单元功率最小化子问题,利用二分法能够获得最优鲁棒波束成形方案。其次,使用S-Procedure引理推导出SINR和能量采集约束的确定性形式,根据半定松弛方法忽略掉秩为1约束,将天线单元功率最小化子问题转变成一个半定规划问题,并证明出该半定规划问题能够获得最优解。最后,关于所获得的最差SINR值采用线性搜索方法找到最优的功率分裂因子。基于最差性能优化设计理念,提出了一种鲁棒波束成形和功率分裂因子联合优化算法,从而实现SINR均衡。仿真结果验证了所提算法的有效性和鲁棒性。
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