【摘 要】
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能量收集(Energy Harvesting,EH)技术已经成为解决无线中继系统能源供应问题的一种可行方案,通信系统中的各设备可通过收集散布在其周围环境中的可用能量来维持自身的运行。
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能量收集(Energy Harvesting,EH)技术已经成为解决无线中继系统能源供应问题的一种可行方案,通信系统中的各设备可通过收集散布在其周围环境中的可用能量来维持自身的运行。但是由于能量收集的转化效率低等原因,能量收集的设备所收集到的能量十分有限,所以容易导致无线中继系统中能量收集设备出现能量短板的问题;随着无线网络中节点的数量越来越多,网络能量的消耗也变得越来越多。此外,随着物联网的发展,各节点之间的中继协作变得十分普遍,故与中继系统相关的能量优化成为研究的一个持续性要求。针对无线中继系统中能量优化问题,本文主要考虑了频谱效率与能量效率以及干扰与能量效率之间的问题,就这两个基本问题分别结合无线中继的工作模式进行了较为深入的研究。首先,基于无线中继系统中可再生能源供电技术指出一种能效度量准则,然后根据这种能效度量准则和香农定理,再结合网络中各节点的能耗以及连续两跳链路间在速率上的相关性,并在中继节点的能量受限的条件下,提出一种基于多中继模型的无线中继系统中继选择的能量优化方案,并得出系统中断概率和能效的公式。Monte Carlo仿真证明,本文提出的中继选择方案所得的系统中断概率低于其它中继选择方案所得的中断概率,且随着平均信噪比的增加而逐渐降低。其次,在能量受限的条件下,研究了最低速率受限时双向无线中继系统中的能量优化问题。在双向中继系统中,由于互相干扰的两个方向的信号会在中继处发生耦合,使得到的系统能效函数表现出非凸的特性,以致无法用传统的凸优化方法求解,本文通过松弛变量法将得到的非凸能效目标函数转化成两个子问题,即凸优化和凹凸分式规划问题,然后分步求解,从而得到最优的系统能效。结果证明,当系统和速率不同时,本文提出的方法所得的系统能效要高于功率优化算法所得的能效,且其增益高达100%至200%,且系统能效基本上与速率需求的非对称特性无关。本文的工作在一定程度上提高了无线中继系统的整体能效,为后续的深入研究打下了基础。本文有26张图,3个表,99篇参考文献。
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