本文關(guān)鍵詞：中繼通信中信息與能量協(xié)同傳輸技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 信息與能量協(xié)同傳輸 時(shí)隙切換 功率分流 能量收集 物理層安全

【摘要】：無線信息與能量協(xié)同傳輸,又稱為無線信息與能量同時(shí)傳輸,是無線通信技術(shù)與無線能量傳輸技術(shù)相結(jié)合的一個(gè)前沿研究方向。利用無線電磁波既能承載信息又能承載能量的特性,實(shí)現(xiàn)信息與能量的并行傳輸,即在信息傳輸?shù)耐瑫r(shí)完成能量的傳輸與收集,從而提高發(fā)射功率的利用率,符合綠色通信發(fā)展要求,具有重要的實(shí)際意義。無線信息與能量協(xié)同傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)主要靠接收機(jī)的處理策略,現(xiàn)有的接收機(jī)處理策略有:時(shí)隙切換接收策略和功率分流接收策略。由此衍生出三種接收機(jī)結(jié)構(gòu):時(shí)隙切換式、功率分流式以及分離式。在單天線系統(tǒng)中,考慮能量受限節(jié)點(diǎn)在信息接收的同時(shí)進(jìn)行能量收集,因此主要采用功率分流和時(shí)隙切換式接收機(jī)結(jié)構(gòu);而在多天線系統(tǒng)中,主要采用分離式的接收機(jī)結(jié)構(gòu),利用多天線的空間自由度,進(jìn)行波束賦形設(shè)計(jì),滿足信息接收端的速率要求以及能量接收端能量收集約束。本文主要研究了中繼通信系統(tǒng)中的信息與能量協(xié)同傳輸技術(shù),著重針對(duì)單天線中繼系統(tǒng)中的能量收集中繼的接收處理策略、多天線中繼系統(tǒng)中的波束賦形方案進(jìn)行了研究,并且進(jìn)一步地考慮了物理層安全中繼系統(tǒng)中的信息與能量協(xié)同傳輸技術(shù),將無線通信中的綠色通信與信息安全結(jié)合起來。具體研究內(nèi)容如下:首先,在單天線能量收集中繼場(chǎng)景下,對(duì)單天線中繼的接收機(jī)處理策略進(jìn)行了研究。基于功率分流以及基于時(shí)隙切換的中繼策略,研究了在兩種策略下系統(tǒng)傳輸速率最大化問題。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到系統(tǒng)速率分別是關(guān)于功率分流系數(shù)以及時(shí)隙切換分配系數(shù)的凸函數(shù),由此給出系統(tǒng)傳輸速率最大化下最優(yōu)功率分流系數(shù)以及最優(yōu)時(shí)隙切換分配系數(shù)的設(shè)計(jì)。并且分析了不同源節(jié)點(diǎn)功率以及不同中繼位置下,最優(yōu)功率分流系數(shù)以及最優(yōu)時(shí)隙切換分配系數(shù)的設(shè)計(jì)選取。其次,針對(duì)多天線中繼系統(tǒng),研究了在中繼功率受限以及滿足能量收集約束的限制下使系統(tǒng)傳輸速率最大化的中繼波束賦形設(shè)計(jì)方案,由于現(xiàn)有凸優(yōu)化求解的方法復(fù)雜度較高,提出了一種基于簡單線性預(yù)編碼的中繼波束賦形方案。對(duì)比了這兩種方案,仿真結(jié)果表明,我們所提出的基于簡單線性預(yù)編碼的波束賦形方案的性能接近基于凸優(yōu)化求解的最優(yōu)波束賦形方案,并且有復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn);接著給出了傳輸速率與能量收集之間的域界。最后,將中繼系統(tǒng)中的無線信息與能量協(xié)同傳輸和物理層安全相結(jié)合。針對(duì)基于功率分流策略進(jìn)行能量收集的安全多中繼協(xié)作系統(tǒng),討論了系統(tǒng)功率分流系數(shù)與安全波束賦形的設(shè)計(jì),分別對(duì)固定功率分流系數(shù)下安全波束賦形方案以及功率分流系數(shù)與安全波束賦形的聯(lián)合設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究;針對(duì)帶分離式能量收集的安全多中繼協(xié)作系統(tǒng),對(duì)中繼波束賦形進(jìn)行設(shè)計(jì),研究了在中繼功率受限以及滿足能量收集約束的限制下使安全速率最大化的最優(yōu)波束賦形方案以及基于竊聽信道零空間的次優(yōu)波束賦形方案,并對(duì)兩種方案進(jìn)行了對(duì)比。
【關(guān)鍵詞】：信息與能量協(xié)同傳輸 時(shí)隙切換 功率分流 能量收集 物理層安全
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN92
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 緒論16-25
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 無線信息與能量協(xié)同傳輸技術(shù)概述17-19
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-22
• 1.3.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)中接收機(jī)處理策略19
• 1.3.2 多天線系統(tǒng)中波束賦形問題19-20
• 1.3.3 中繼系統(tǒng)中信息與能量協(xié)同傳輸20-21
• 1.3.4 物理層安全通信系統(tǒng)中的信息與能量協(xié)同傳輸21-22
• 1.4 本文結(jié)構(gòu)與貢獻(xiàn)22-25
• 1.4.1 本文結(jié)構(gòu)23
• 1.4.2 本文貢獻(xiàn)23-25
• 第二章 單天線中繼系統(tǒng)中信息與能量協(xié)同傳輸技術(shù)研究25-38
• 2.1 引言25-26
• 2.2 系統(tǒng)模型及技術(shù)方案26
• 2.3 基于功率分流策略的無線能量收集中繼傳輸方案26-30
• 2.4 基于時(shí)隙切換策略的無線能量收集中繼傳輸方案30-32
• 2.5 仿真結(jié)果及分析32-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第三章 多天線中繼系統(tǒng)中信息與能量協(xié)同傳輸技術(shù)研究38-49
• 3.1 引言38-39
• 3.2 多天線SWIPT中繼系統(tǒng)模型39-40
• 3.3 基于凸優(yōu)化求解的中繼波束賦形方案40-43
• 3.4 基于簡單線性預(yù)編碼的中繼波束賦形方案43-45
• 3.5 仿真結(jié)果及分析45-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第四章 物理層安全中繼系統(tǒng)中信息與能量協(xié)同傳輸技術(shù)研究49-69
• 4.1 引言49-50
• 4.2 基于能量收集中繼的物理層安全中繼系統(tǒng)50-58
• 4.2.1 固定功率分流系數(shù)下安全中繼波束賦形設(shè)計(jì)51-54
• 4.2.2 安全中繼功率分流系數(shù)與波束賦形的聯(lián)合設(shè)計(jì)54-58
• 4.3 分離式能量接收的物理層安全中繼系統(tǒng)58-65
• 4.3.1 基于安全速率最大化的波束賦形方案60-62
• 4.3.2 基于零空間波束賦形方案62-65
• 4.4 仿真結(jié)果及分析65-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 第五章 全文總結(jié)69-70
• 5.1 本文總結(jié)69
• 5.2 進(jìn)一步的研究方向69-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 個(gè)人簡歷75
• 攻讀碩士期間參與的項(xiàng)目與研究成果75-76

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