無線中繼網(wǎng)絡(luò)中基于攜能通信技術(shù)的聯(lián)合資源分配算法.pdf

1、攜能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer，SWIPT)技術(shù)，可挖掘蘊(yùn)藏?zé)o線射頻(Radio Frequency，RF)信號(hào)中的能量，并供給網(wǎng)內(nèi)終端用戶使用，從而為延長(zhǎng)能量受限網(wǎng)絡(luò)的生命周期開辟了新的研究方向，已成為當(dāng)今無線通信領(lǐng)域新興的熱點(diǎn)技術(shù)之一。在無線中繼網(wǎng)絡(luò)中，中繼節(jié)點(diǎn)使用能量收集(Energy Harvesting，EH)技術(shù)后，將以無源方式協(xié)助其他節(jié)點(diǎn)傳

2、輸數(shù)據(jù)，克服了自身因能量保守性難以參與節(jié)點(diǎn)間協(xié)作通信的自私性。本文根據(jù)無線攜能中繼網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，圍繞網(wǎng)絡(luò)可用資源的優(yōu)化和分配，分別研究了單用戶時(shí)隙轉(zhuǎn)換(TimeSwitching，TS)網(wǎng)絡(luò)中的吞吐量控制策略、源端能量使用效率的優(yōu)化方法，并提出多變量對(duì)偶算法，解決了多用戶功率分割(Power Splitting，PS)機(jī)制網(wǎng)絡(luò)中的吞吐量最大化問題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在基于TS機(jī)制的無線攜能中繼網(wǎng)絡(luò)中，研究中繼端電路動(dòng)態(tài)能量

3、消耗影響下，聯(lián)合節(jié)點(diǎn)功率控制、時(shí)隙轉(zhuǎn)換因子優(yōu)化等因素的最大化吞吐量問題。文中根據(jù)變量間耦合關(guān)系，逐步優(yōu)化變量。首先解決能量傳輸時(shí)的功率控制問題，然后將時(shí)隙轉(zhuǎn)換因子和信息傳輸功率控制問題轉(zhuǎn)化分解為凸問題和非凸問題兩個(gè)子問題，并引入非線性遺傳算法求解非凸予問題。最后，在仿真實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了提出的算法具有可行性和優(yōu)越性。⑵從無線攜能中繼網(wǎng)絡(luò)能量提供者的能耗角度，研究最小化源端能量消耗問題。為找到最優(yōu)解，目標(biāo)問題被等價(jià)轉(zhuǎn)化為凸問題。在給出凸問題最優(yōu)

4、解之前，設(shè)計(jì)并得到了可行性評(píng)估問題以檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)問題的可行性。隨后，文中提出一個(gè)能同時(shí)得到能量消耗問題最優(yōu)解和可行性評(píng)估結(jié)果的統(tǒng)一框架，該算法大大降低了計(jì)算復(fù)雜度。仿真結(jié)果進(jìn)一步證明了，文中提出的算法在降低源端能量消耗的同時(shí)，提供了服務(wù)質(zhì)量保證，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)內(nèi)可用資源的最優(yōu)配置。⑶在多用戶共存的網(wǎng)絡(luò)中，研究PS機(jī)制下滿足用戶最低傳輸速率要求的同時(shí)最大化吞吐量問題。通過問題結(jié)構(gòu)首先推導(dǎo)出功率分割因子的解析式并保證全局最優(yōu)性。對(duì)于剩余兩個(gè)子問題:功