發(fā)布時(shí)間：2019-11-09 03:07

【摘要】：隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展,人與人之間的通信變得更加的普遍,無線通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變得越來越復(fù)雜,可接入終端也變得越來越多。但是,這也帶來了一系列新的問題。由于終端數(shù)量急劇增多,網(wǎng)絡(luò)中的終端對能量的需求量也越來越大。同時(shí),多種類型的業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)與能量的需求不同,勢必也將會對新一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來許多困難。因此,為了解決無線通信中的能量需求與數(shù)能均衡等問題,數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)(Data and Energy Integrated Communication Networks,DEINs)應(yīng)運(yùn)而生。在數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)中,利用能量采集技術(shù)以及無線射頻能量傳輸技術(shù),通過設(shè)計(jì)合理的數(shù)能聯(lián)合優(yōu)化資源分配算法以及相應(yīng)的數(shù)能傳輸協(xié)議等,網(wǎng)絡(luò)的通信性能可以得到極大的提高,因此也極大程度的緩解了新一代網(wǎng)絡(luò)所帶來的諸多能量問題。目前最常見的無線通信網(wǎng)絡(luò)非蜂窩網(wǎng)絡(luò)莫屬,因此,為了解決新一代無線通信網(wǎng)絡(luò)所帶來的問題,就首先需要將蜂窩網(wǎng)絡(luò)與數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)相融合,生成新的數(shù)能一體化蜂窩網(wǎng)絡(luò)。由于接收端對無線射頻信號進(jìn)行能量采集,必須開啟相應(yīng)的能量采集電路,其中也需要一定的電路門限功率,因此,在原有研究基礎(chǔ)上引入電路門限因素,將使得研究場景更加實(shí)際。本文通過在引入電路門限功率的基礎(chǔ)下,對蜂窩網(wǎng)中基于數(shù)能同傳技術(shù)的資源分配進(jìn)行研究。文章首先通過將傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行場景劃分,分割為單蜂窩通信場景與多蜂窩通信場景,然后通過對不同場景的蜂窩網(wǎng)絡(luò)引入無線數(shù)能同傳技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。針對單小區(qū)場景,通過動態(tài)調(diào)整下行傳能與上行傳數(shù)的時(shí)間比例,并聯(lián)合設(shè)計(jì)波束成形,實(shí)現(xiàn)了數(shù)能一體化系統(tǒng)中資源的公平分配算法。然后在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步考慮終端數(shù)據(jù)隊(duì)列因素,設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)據(jù)隊(duì)列長度的公平性資源分配算法。針對多小區(qū)場景,本文以室內(nèi)室外聯(lián)合場景為例,設(shè)計(jì)了一種數(shù)能干擾協(xié)調(diào)方法,通過多維資源聯(lián)合分配,實(shí)現(xiàn)了在滿足終端能量需求的同時(shí),提升了系統(tǒng)的吞吐率。最后,通過仿真的性能分析,本文發(fā)現(xiàn)經(jīng)過合理的資源分配后,系統(tǒng)的通信性能(吞吐量,收集的能量等)均得到了一定的提高,同時(shí)優(yōu)于其他模型。
【圖文】：

圖 2-1 功率注水原理，針對能量采集無線網(wǎng)絡(luò)的資源分配的優(yōu)化方式，可以將其分為化（Offline Optimization）和在線優(yōu)化（Online Optimization）。沒有電池容量的約束條件，可以使用階梯函數(shù)表達(dá)最優(yōu)能量的此為基礎(chǔ)提出了階梯注水法。類似的，為了解決由于能量因果束而產(chǎn)生的吞吐量最大化問題，文獻(xiàn)[19]和文獻(xiàn)[20] 另外提出了即能量可行通道（Energy Feasibility Tunnel）方法。文獻(xiàn)[19]在條件下，給出了一種最優(yōu)的分組調(diào)度策略；而在文獻(xiàn)[20]中，作短期吞吐量為目標(biāo)，同時(shí)考慮能量因果約束和電池容量約束，化策略。圖 2-1 中分別為有電池最大容量和無電池最大容量兩種注水原理。其中，圖 2-1(a)(b)中的上半部分分別代表能量到達(dá)過達(dá)量為iE ，隨著每次能量的到達(dá)，電池中的能量也呈階梯狀的(b)中的下半部分。圖 2-1(a)代表電池最大容量為無窮，因此再進(jìn)只需要考慮能量自身量的限制，紅色線條即為最優(yōu)的功率分配電池最大容量為maxE ，再進(jìn)行功率分配的時(shí)候不單單需要考慮能

圖 2-2 遠(yuǎn)端無線能量傳輸模型然而到目前為止，無線能量傳輸技術(shù)也是剛剛起步，還有許多亟待解決的關(guān)鍵問題。例如在高效率、高功率、高精度、長壽命、大尺寸和傳輸安全性等方面，其中的一些具體損耗也在圖 2-2 中得以標(biāo)注體現(xiàn)。特別地，如果一個系統(tǒng)想要以微波能量為傳輸介質(zhì)、以高效率為核心要求，必定會涉及到高效率的微波功率器件、低損耗的微波饋電網(wǎng)絡(luò)、高效率高功率的微波發(fā)射天線、高精度的波束指向控制、低反射高效率的微波接收、整流、收集電路等關(guān)鍵技術(shù)。針對上述關(guān)鍵問題和挑戰(zhàn)，國內(nèi)外諸多研究者已經(jīng)開展了許多相關(guān)的研究工作。美國最早在上世紀(jì) 60 年代就提出了無線能量傳輸技術(shù)，并且于 1975 年完成了 第 一 套 大 功 率 的 微 波 輸 能 實(shí) 驗(yàn) 系 統(tǒng) ， 具 體 的 RF-DC 的 傳 輸 效 率 為6.6%@1.54km[26]；同時(shí)，在 2008 年美國還實(shí)現(xiàn)了 148km 的微波無線輸能實(shí)驗(yàn)[27]，但是傳輸效率非常低。歐洲最早在 2001 年實(shí)現(xiàn)了 10kW 的點(diǎn)對點(diǎn)無線電力傳輸，傳輸距離可以達(dá)到 700m。日本亦在空間太陽能無線輸能技術(shù)以及地對地?zé)o線輸能技術(shù)研究上取得了一系列重要進(jìn)展，，成功實(shí)現(xiàn)了千瓦級傳輸效率為 15%@42m 的無線輸能[28]。除此之外，國內(nèi)在無線能量傳輸技術(shù)上也開展了許多相關(guān)工作，包
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王世強(qiáng);邢建春;李決龍;楊啟亮;;面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線攜能通信研究[J];傳感器與微系統(tǒng);2015年08期

2 戚晨皓;黃永明;金石;;大規(guī)模MIMO系統(tǒng)研究進(jìn)展[J];數(shù)據(jù)采集與處理;2015年03期

本文編號：2558210