基于无线携能传输的FSO-RF中继网络的性能分析

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lynnxiao
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本论文的重点是研究光学无线通信(Optical Wireless Communications,OWC),在文献中被广泛称为自由空间光(Free Space Optical,FSO)通信,FSO系统用于在距离不超过几公里的两个固定点之间进行高速通信。和射频(Radio Frequency,RF)相比,FSO通信的传输速率更快,系统的容量更大。尽管FSO技术具有这些优势,并且其应用领域多种多样,但由于其令人失望的链路可靠性(特别是在长距离范围内,由于大气湍流引起的衰落和对天气条件的敏感性),其广泛使用受到了阻碍。现如今在物联网高速发展的同时,通信技术对频谱资源和能源的需求在不断增加,并且用户对信息交换的数量期望值也在提升,为了缓解压力,无线携能技术(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)在一定程度上起到相关的作用,该技术的核心是把射频信号作为信息载体,从而实现信息与能量同时传输,但是在无线传输过程中会遇到如下诸多问题,例如,路径损耗和多路径衰落等等,特别是在通信距离很长的情况下,因此,通过把SWIPT技术与协作通信技术相结合并应用到实际通信中是趋势所在,这两种技术的结合,不仅可以提高通信系统的容量和服务质量,还可以扩大通信的覆盖区域范围和延长通信服务时长。在本文中,设计出了有关一种具有能量收集的新型混合FSO-RF中继协作网络通信系统,对比了混合RF-FSO中继协作通信系统,该系统在目的节点处收到FSO的直流(Direct Current,DC)偏置信号通常被过滤掉,结合绿色通信发展理念,在考虑受大气湍流和指示误差的情况下,本文设计的FSO网络通信系统,主要利用中继处副载波强度调制(Subcarrier Intensity Modulation,SIM)技术把FSO中的直流偏置信号收集起来,收集到的能量可以作为两个方面进行处理:一方面,可以利用射频能量收集装置器收集能量转化为电能储存在蓄电池中,从而可以为中继处的设备提供电量;另一方面,可以作为中继处RF信号发射器的发射功率。为了具有一般性,本论文假设在FSO和RF链路中服从Gamma-gamma和Rayleigh分布,其中FSO链路受强大气湍流、中等大气湍流和指示衰落因子影响,精准的模拟了非视距情景下的通信情况,结合实际通信情况,源节点一端安装固定的激光发射器,中继节点处有固定的激光信号接收器,目的节点处有多个用户进行通信,本文分别考虑在单用户和多用户下研究系统的通信情况。在单用户通信系统中,中继采用了固定增益解码转发(Decode and Forward,DF)和变增益解码转发,并对比了在放大转发(Amplify and forward,AF)模式下,系统的通信性能情况;在多用户通信系统中,中继分别采用DF和AF两种转发模式,并且分别对比了在不同转发模式下单用户和多用户的通信性能,最后分析了在高信噪比的情况下,推导出系统的中断概率,通过渐近分析出系统的分集增益,用Matlab进行蒙特卡洛模拟以验证分析结果的正确性。
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