【摘 要】
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第五代移动通信需要支持超高信息速率、更长续航时间、更高频谱效率和一致的用户体验质量,由此产生的高能耗使得绿色和可持续通信得到前所未有的关注。作为兼顾信息与能量传输的新兴技术,无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)能够利用能量采集技术为移动终端实现信息传输与续航时间的折中。当前,多载波无线携能通信的研究主要
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第五代移动通信需要支持超高信息速率、更长续航时间、更高频谱效率和一致的用户体验质量,由此产生的高能耗使得绿色和可持续通信得到前所未有的关注。作为兼顾信息与能量传输的新兴技术,无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)能够利用能量采集技术为移动终端实现信息传输与续航时间的折中。当前,多载波无线携能通信的研究主要针对正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)。然而,严格的子载波正交性、较长的循环前缀和较高的带外辐射等不足使得OFDM不能充分适应5G不同应用场景需求。作为OFDM的一种演进形式,广义频分复用(Generalized Frequency Division Multiplexing,GFDM)打破子载波间的正交性,支持更高频谱效率和更灵活的资源分配。然而,鲜有文献研究GFDM无线携能通信。因此,本文研究GFDM无线携能通信中的资源分配技术,并对所提资源分配方案进行理论推导和仿真分析。首先,介绍了多载波无线携能通信相关技术与理论。针对多载波传输技术,介绍了OFDM与GFDM基本原理,重点分析了 GFDM二维时频数据块结构。通过给出SWIPT的基本概念,介绍了两种SWIPT模式。针对协作中继传输技术,介绍了典型的中继系统、传输模式以及中继转发模式。针对资源分配优化问题,介绍了凸优化的基本概念和优化问题基本求解方法。然后,针对OFDM频谱效率低和资源分配不够灵活,提出了多用户下行GFDM系统基于SWIPT的资源分配方案。该方案中,用户功率分流器将接收功率分为两部分,分别用于传输信息和采集能量。在保证每个用户采集能量达到阈值的前提下,通过联合优化子块分配、子块功率以及功率分流比,最大化下行总信息速率。为求解上述优化问题,提出了相应的分步迭代算法。仿真结果表明,所提分步迭代算法可以有效解决资源分配优化问题。同时,与OFDM相比,所提基于多用户下行GFDM系统的资源分配方案能够更灵活地根据信道条件分配资源并且达到更高信息速率。最后,针对小区边缘用户信道条件较差,为满足一致的用户体验质量,提出了 GFDM协作中继系统中基于SWIPT的资源分配方案。该方案中,中继节点的子块集合被分为两部分,分别用于传输信息和采集能量。在中继发射功率、小区边缘用户采集能量以及传输时隙约束条件下,通过联合优化子块分配、子块功率以及子时隙分配,最大化小区边缘用户信息速率。为求解上述优化问题,提出了相应的分步迭代算法。仿真结果表明,所提分步迭代算法可以有效解决资源分配优化问题。同时,与OFDM相比,本文所提基于GFDM协作中继系统的资源分配方案能够更灵活地根据信道条件分配资源并且达到更高信息速率。
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