基于OFDM双向协作的无线信息与能量协同传输技术研究

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无线信息与能量协同传输技术(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT),利用射频信号既能传输信息又能携带能量的特性,可以实现信息与能量的同时传输,为能量受限的无线通信网络提供了一种潜在的供能方式。SWIPT不仅能实现高效通信,而且利用了珍贵的能量资源,为无线通信系统的可持续运营提供了低成本选择,具有广阔的应用前景。双向协作技术,相比单向协作,减少了所需的时隙数量,有着更高的频谱效率,可以极大的增强信道的传输能力,引起了广泛关注。结合SWIPT和双向协作技术可以显著地提升系统性能。现有基于双向协作的无线信息与能量协同传输技术通过功率分割法和时隙切换法进行信息和能量协同传输,需要中继节点额外配备一个分配器,增加了通信系统的设计和实现复杂度。本文利用OFDM技术,使得中继节点通过使用不同的子载波进行信息和能量的协同传输,无需额外配备分配器就可以实现双向协作无线信息与能量协同传输,降低了设计复杂度和成本。本文的主要工作和成果如下:(1)以最大化系统传输速率为目标提出基于OFDM双向协作的无线信息与能量协同传输方法,在该方法中,中继节点在第一个时隙接收两个源节点发送的信息,通过子载波的分配实现信息与能量的接收。在第二时隙,中继节点利用收集到的能量,通过解码转发方式或放大转发方式帮助转发源节点的信息。我们研究如何对子载波和功率分配进行优化,在中继节点能量受限的情况下,最大化系统传输速率。通过仿真,分析了中继节点位置对系统性能的影响,并发现解码转发协作方式获得的性能优于放大转发协作方式。(2)为充分利用能量资源,我们提出基于OFDM双向协作的无线信息与能量协同传输能效优化方法。在该方法中,中继节点利用第一时隙接收到的能量帮助转发源节点的信息,我们研究如何对源节点和中继节点的功率和子载波进行联合优化,在中继节点能量受限和源节点达到目标速率的前提下,最大化系统的能量效率。仿真结果表明,所提方法能够显著提高系统能效。
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