無線攜能通信中的頻譜效率與能量效率.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)和能量收集（Energy Harvesting，EH）技術(shù)的發(fā)展，一種將無線信息傳輸和無線能量收集技術(shù)結(jié)合起來的新技術(shù)-無線攜能通信技術(shù)（Simultaneously Wireless Information and Power Transfer，SWIPT）應運而生，隨著5G移動通信技術(shù)的發(fā)展及無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network，WSN)的大規(guī)模使用，無線攜能通信技術(shù)將擁有越來越廣闊的應用前

2、景與實用價值。
　　另一方面，近年來移動通信系統(tǒng)用戶數(shù)量的快速增長，用戶要求急劇上升，可用的頻譜資源日益緊張，傳輸速率的提升又進一步加大了能量的消耗，不但會加劇環(huán)境污染，同時也會增加經(jīng)濟成本的支出。在這種背景下，提升無線通信系統(tǒng)的頻譜效率(Spectral Efficiency，SE)與能量效率（Energy Efficiency，EE）已經(jīng)成為了越發(fā)重要的研究課題，吸引了大量的研究人員并已經(jīng)具有了諸多相對成熟的研究成果。但作為具

3、有重要應用前景的新興技術(shù)，目前對于無線攜能通信中的頻譜效率和能量效率的研究還相對薄弱，本文從無線攜能通信中的頻譜效率和能量效率的定義及其折中優(yōu)化策略兩方面對其進行了相應的研究。
　　為了明確無線攜能通信系統(tǒng)中頻譜效率和能量效率的定義，本文首先介紹了無線攜能通信的概念及其基本原理，并建立了基于單收單發(fā)(SISO)的無線攜能通信系統(tǒng)通用系統(tǒng)架構(gòu)和信道模型，隨后利用Powercast公司的P2110-EVAL-01無線能量傳輸組件對該模

4、型進行了實測驗證，驗證本文所提出模型的實用性與精確性。區(qū)別于傳統(tǒng)無線通信領(lǐng)域的頻譜效率和能量效率，本文從無線能量收集與無線信息傳輸兩方面對無線攜能通信中的頻譜效率和能量效率進行了分析，將其分為信息傳輸中的能量效率（Energy Efficiency for Information Transfer, EEIT），信息傳輸中的頻譜效率（Spectral Efficiency for Information Transfer, SEIT），

5、能量收集中的能量效率（Energy Efficiency for Energy Harvesting，EEEH）和能量收集中的頻譜效率（Spectral Efficiency for Energy Harvesting，SEEH）四種，并分別對其進行了精確地定義。
　　為了對無線攜能通信中頻譜效率和能量效率的折中優(yōu)化進行研究，本文對無線攜能通信系統(tǒng)在應用過程中主要的外部條件限制進行了分析，并總結(jié)出三種最重要的外部資源限制:發(fā)射端能

6、量供應，系統(tǒng)可用頻譜資源與接收端電池電量，根據(jù)這三種資源的供應狀況充足與否將無線攜能通信系統(tǒng)的外部工作環(huán)境分為八種基本情況?；谌碌念l譜效率和能量效率的定義及本文提出的無線攜能通信系統(tǒng)模型，本文分析并總結(jié)出了影響無線攜能通信系統(tǒng)中頻譜效率和能量效率的兩種核心工作參數(shù):一是信號發(fā)射功率，二是系統(tǒng)對同一束信號分別進行信息解碼與能量收集的分流系數(shù)。對于八種不同的外部工作環(huán)境，我們提出了八種不同的優(yōu)化策略來處理無線攜能通信中頻譜效率和能量效率