多用戶信能同傳系統(tǒng)的收發(fā)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境污染問題，發(fā)展綠色通信技術(shù)是當(dāng)前通信界的一個(gè)重要課題。除了降低通信能耗，對(duì)新能源的有效利用也是實(shí)現(xiàn)綠色通信的重要一環(huán)。作為一種潛在的綠色能源，無線電波可以用來同時(shí)傳輸信息與能量。因此，有必要研究信息與能量同時(shí)傳輸?shù)臒o線通信系統(tǒng)（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer System，SWIPT,以下簡稱為無線信能同傳系統(tǒng)）及其高效傳輸理論。本文首先考慮

2、一個(gè)基于功率分裂型接收機(jī)的多用戶多入單出（Multi Input Single Output，MISO）無線信能同傳系統(tǒng)，其中每一個(gè)單天線接收機(jī)將接收到的信號(hào)分裂為兩部分，其中一部分用于信息譯碼，另外一部分用為能量采集。然后針對(duì)該系統(tǒng)模型，利用先進(jìn)的凸優(yōu)化等理論工具開展多用戶無線信能同傳系統(tǒng)的高效傳輸機(jī)制研究，具體包括：
　　(1)基于傳輸功率最小化的多用戶信能同傳系統(tǒng)低復(fù)雜度收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)：本文首先研究了滿足信干噪比（Signal-

3、to-interference-plus-noise ratio，SINR）與采集能量約束（Energy harvest，EH）下的傳輸功率最小化問題，旨在滿足服務(wù)質(zhì)量的前提條件下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)傳輸功率最小化。考慮到現(xiàn)有文獻(xiàn)中基于半正定松弛的最優(yōu)收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)算法具有較高的計(jì)算復(fù)雜度，本文提出了一種基于加權(quán)最大合并比—迫零預(yù)編碼的低復(fù)雜度收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)算法。仿真表明本文所設(shè)計(jì)的低復(fù)雜度方法在性能上能夠接近最優(yōu)性能。
　　(2)基于采集能量最大化

4、的多用戶信能同傳系統(tǒng)收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)：與傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)相比，多用戶信能同傳系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)采集能量的最大化。為此，本文考慮了在滿足服務(wù)質(zhì)量（即信干噪比達(dá)到一定門限）的前提條件下，實(shí)現(xiàn)采集能量最大化。由于能量采集函數(shù)與信干噪比函數(shù)的高度非凸非線性特性，本文采用約束凹凸優(yōu)化（Constrained Concave-Convex Procedure）思想對(duì)原問題進(jìn)行一系列轉(zhuǎn)化得到原問題的近似凸問題，然后迭代地求解這些凸問題以實(shí)現(xiàn)采

5、集能量的最大化。另外，本文針對(duì)采集能量最大化問題還考慮了基于迫零預(yù)編碼的低復(fù)雜度采集能量優(yōu)化方案，并利用仿真比較了兩種方案的性能。
　　(3)基于能效優(yōu)化的多用戶信能同傳系統(tǒng)收發(fā)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)：作為衡量無線通信系統(tǒng)“綠色”與否的重要性能指標(biāo)，對(duì)信能同傳系統(tǒng)的能效優(yōu)化展開研究具有重要意義。為了求解SWIPT系統(tǒng)下的能效優(yōu)化（Energy Efficiency Optimization，EEO）問題,考慮到能效函數(shù)的高度復(fù)雜性，包括系統(tǒng)和

6、速率（Sum-Rate）函數(shù)和采集能量函數(shù)的高度非線性和非凸性以及與功率分裂因子的高度耦合性。本文針對(duì)一般多用戶MISO SWIPT系統(tǒng)，利用加權(quán)最小均方誤差（Weighted Minimum Mean Square Error，WMMSE）方法和約束凹凸優(yōu)化思想提出了迭代收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)算法。同時(shí)，本文還考慮了針對(duì)采用迫零預(yù)編碼的多用戶MISO SWIPT系統(tǒng)的能效優(yōu)化方案。采用迫零預(yù)編碼的系統(tǒng)能效優(yōu)化問題可進(jìn)一步簡化為功率分配和功率分裂因