基于OFDM資源分配的無線攜能通信技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用儲能有限的電池進(jìn)行供電，一旦電池電能耗盡，傳感器節(jié)點(diǎn)就無法繼續(xù)工作。雖然可以通過更換電池或重新充電延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作壽命，但是工作難度極大。為解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量供給的問題，能量收集技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)能夠有效延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。傳統(tǒng)的能量收集技術(shù)通過從自然環(huán)境收集能量，如太陽能、風(fēng)能、熱電效應(yīng)等，易受到位置和氣候的影響。因此

2、，通過無線射頻信號進(jìn)行能源收集的方式引起了人們的高度關(guān)注，無線射頻信號不僅能彌補(bǔ)天然能源在收集環(huán)境上的缺陷，而且同時(shí)承載著信息和能量，這種巨大的優(yōu)勢為信息和能量的同時(shí)傳輸提供了極大的可能性。無線攜能通信技術(shù)是無線信息傳輸技術(shù)和能量收集技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通過接收周圍環(huán)境中的射頻信號，在獲取信息的同時(shí)可以收集能量，不僅實(shí)現(xiàn)了高效可靠信息通信，而且充分利用了寶貴的能量資源，為無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和無線資源分配帶來深遠(yuǎn)的變革。現(xiàn)有的無線攜能通信技術(shù)

3、主要基于三種方法:功率分配方法、時(shí)隙切換方法和天線選擇方法，這些方法都需要在接收端額外增加一個(gè)分配器才能實(shí)現(xiàn)信息和能量的同時(shí)接收，為無線攜能通信技術(shù)增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜度和成本。
　　本文以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為背景，將正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)和協(xié)作中繼技術(shù)結(jié)合到無線攜能通信技術(shù)中來協(xié)調(diào)信息和能量的同時(shí)傳輸，不僅優(yōu)化無線攜能通信傳輸?shù)哪芰啃屎皖l譜效率，

4、而且降低了接收端的設(shè)計(jì)難度，使得無線攜能通信技術(shù)能在低成本和低復(fù)雜度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中得以應(yīng)用。本文主要工作和成果如下:
　　(1)針對接收節(jié)點(diǎn)需設(shè)計(jì)分配器帶來高復(fù)雜度高成本的問題，根據(jù)OFDM技術(shù)可以靈活分配子載波并控制子載波上的發(fā)射功率的特點(diǎn)，提出了基于OFDM資源分配的無線攜能通信方法。傳感器發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息給接收節(jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)無需增加分配器，只需根據(jù)信道狀況選擇一部分子載波用于接收信息，剩余部分子載波用于收集能量。研究接收

5、節(jié)點(diǎn)如何進(jìn)行子載波和功率優(yōu)化分配，在保證接收節(jié)點(diǎn)能夠達(dá)到目標(biāo)速率的情況下，最大化收集到的能量。仿真結(jié)果表明，本文提出的方法與現(xiàn)有其他方法相比具有更好的性能。
　　(2)為進(jìn)一步提高無線攜能通信系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率，根據(jù)協(xié)作中繼技術(shù)通過多個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)同可以最大化利用有限的資源來提升無線通信網(wǎng)絡(luò)性能的特點(diǎn)，提出了基于OFDM協(xié)作中繼的無線攜能通信方法。通過兩個(gè)時(shí)隙來研究資源優(yōu)化分配的問題。在第一時(shí)隙，傳感器源節(jié)點(diǎn)廣播信息，目的節(jié)點(diǎn)利用