多天線系統(tǒng)的無線信息和能量傳輸機(jī)制.pdf

1、受下一代無線網(wǎng)絡(luò)中綠色通信趨勢的啟發(fā)，無線信息和能量傳輸技術(shù)因其可以在接收源節(jié)點(diǎn)信息的同時(shí)捕獲能量的特性而受到了越來越多研究者的關(guān)注。無線信息和能量傳輸和多天線系統(tǒng)的結(jié)合可以使網(wǎng)絡(luò)在有效降低能量消耗的情況下，有效提升系統(tǒng)的性能，從而滿足通信業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。另一方面，隨著無線終端的激增以及頻率復(fù)用的加劇，同頻干擾漸漸成為了限制系統(tǒng)性能進(jìn)一步提升的重要瓶頸，然而干擾卻可以增加系統(tǒng)捕獲到的能量。因此，研究無線信息和能量傳輸在干擾受限環(huán)境下的性

2、能，提出相應(yīng)的算法和能量機(jī)制有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　首先，本論文研究了大規(guī)模多天線系統(tǒng)在無線信息和能量傳輸中在有干擾影響的情況下所帶來的好處。通常干擾在無線信息和能量傳輸中具有兩面性，即干擾信號接收，但可以增加捕獲的能量。本文采用了天線分割技術(shù)而非利用全部的天線來實(shí)現(xiàn)干擾消除。分割后的天線分為兩個(gè)集合，其中一個(gè)集合用于信息解碼，而剩下的天線用于捕獲能量。因此，在ID和EH之間存在一個(gè)折中的選擇。本文研究了在有干擾影響下大規(guī)模多天

3、線系統(tǒng)的可達(dá)R-E域，大規(guī)模多天線系統(tǒng)采用了ZF或者是MMSE來解碼。由于最優(yōu)問題是NP難題，本文還提出了一種低復(fù)雜度算法，使得在具有捕獲能量約束的條件下最大化信息傳輸速率。本文還進(jìn)一步將WIET應(yīng)用在大規(guī)模多天線中繼的兩條系統(tǒng)上。不論是單跳還是兩跳系統(tǒng)，低復(fù)雜度算法和最優(yōu)算法具有性能“半逼近”的特性。
　　接下來，本論文提出了一種合作中繼系統(tǒng)中機(jī)會(huì)式轉(zhuǎn)發(fā)的無線信息和能量傳輸機(jī)制。系統(tǒng)中中繼節(jié)點(diǎn)僅將捕獲到的能量作為轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)時(shí)

4、候的功率使用。因此，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)候存在了信息解碼和能量捕獲之間的折中。本文分析了這個(gè)折中并將其建模成一個(gè)在EH/ID工作模式選擇和傳輸功率分配上的優(yōu)化問題。利用拉格朗日極值法，可以獲得最優(yōu)的機(jī)會(huì)是中繼策略和功率分配解。因?yàn)樽顑?yōu)問題也具有NP難題的特性，利用松弛變變量方法獲得了EH/ID模式選擇上的低復(fù)雜度算法。本文進(jìn)一步研究了合作中繼節(jié)點(diǎn)之間的能量獲得。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立捕獲到的能量不同，有效的能量合作策略可以有效地提高能量使用效率，但是在實(shí)

5、際系統(tǒng)中也會(huì)有能量合作中損失很多能量的困難。利用拉格朗日對偶問題獲得了能量合作策略的最優(yōu)解，并且合作策略呈現(xiàn)了兩級注水的結(jié)構(gòu)。
　　最后，本論文利用隨機(jī)幾何來對中繼輔助的無線信息和能量傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模。網(wǎng)絡(luò)中源-目的節(jié)點(diǎn)對是隨機(jī)出現(xiàn)的，它們之間的通信是通過一個(gè)具有能量捕獲能力的中繼節(jié)點(diǎn)。中繼節(jié)點(diǎn)采用功率分割技術(shù)來同時(shí)接收信息和捕獲能量。不同于之前研究的單源單目的節(jié)點(diǎn)的情況，網(wǎng)絡(luò)中的干擾是隨機(jī)的，并且其分布是由所有發(fā)送信號的節(jié)點(diǎn)所采