610 浏览无线携能与反向散射混合通信优化研究
摘要：物联网是未来无线通信发展的关键技术之一,可随时随地连接数十亿个日常设备对象,如智能手表、扫地机器人等。然而,物联网节点能量储备十分有限。反向散射通信技术通过射频调制进行通信,因其具有低功耗、低成本和低复杂度的特点,可显著改善无线通信系统的能耗问题;无线携能通信技术是一种通过远距离为无线节点进行射频供电而进行通信的技术,可有效解决无线通信系统中节点能量受限问题。本文基于无线携能与反向散射的混合通信系统,对系统模型、混合通信方案、吞吐量性能等进行了深入的研究。第一,针对基于能量调度的无线携能与反向散射混合通信系统,通过设计新颖的通信协议和混合无线通信方案,研究了系统吞吐量最大化问题。具体而言,首先基于非因果信道状态信息的理想情况得到系统吞吐量性能的上界,然后基于因果信道状态信息的实际情况,利用有限状态马尔可夫信道模型,联合优化混合发射机的反向散射系数、发射功率和时隙分配,实现系统吞吐量性能最大化。本文基于上述两种情况,提出动态规划算法和近似动态规划算法框架,并综合利用凸优化、分层优化技术等获得系统吞吐量优化问题的最优解。第二,针对基于信息缓存辅助的无线携能与反向散射多中继混合通信系统,通过设计新颖的信息缓存辅助多中继混合通信方案,研究了系统吞吐量最大化问题。具体而言,首先建立系统优化问题,其目标是通过联合优化每个混合中继的反向散射系数、发射功率以及系统的模式选择与系统的中继选择,最大化系统吞吐量。针对该优化问题,基于值迭代的动态规划算法,提出了相应的系统优化方案,实现了最优的系统吞吐量性能。进一步地,为了降低由动态规划算法带来的计算复杂度,提出了基于策略迭代的近似动态规划算法,获得了接近最优的吞吐量性能。最后,仿真结果表明,与已有的单一方案和其他基准方案相比,本文提出的两种混合通信系统和设计的混合通信方案都能够显著提升吞吐量性能,有效地实现了绿色低功耗通信以及高效的信息传输。
关键词：反向散射通信;无线携能通信;
文章目录
摘要
Abstract
缩略词表
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 反向散射通信的研究现状
1.2.2 无线携能通信的研究现状
1.2.3 多中继通信技术的研究现状
1.2.4 信息缓存辅助通信的研究现状
1.3 论文的主要内容和创新点
1.4 本文的结构安排
第二章 相关理论基础
2.1 反向散射通信技术
2.2 能量采集技术
2.3 多中继技术
2.4 信息缓存辅助技术
2.5 动态规划算法
2.5.1 基于有限时域的动态规划算法
2.5.2 基于无限时域的动态规划算法
2.5.3 近似动态规划算法
第三章 基于能量调度的无线携能与反向散射混合通信优化
3.1 引言
3.2 系统模型
3.2.1 设计新颖的混合通信协议
3.2.2 信道模型与吞吐量推导
3.2.3 能量调度的约束与问题建模
3.3 基于理想情况的非因果CSI混合通信系统优化
3.3.1 利用动态规划算法进行问题转化
3.3.2 混合通信系统最优工作模式的决策
3.3.3 分层优化的方法解耦能量调度约束
3.3.4 基于非因果CSI求解子问题及优化算法
3.4 基于实际情况的因果CSI混合通信系统优化
3.5 复杂度分析
3.6 仿真结果及分析
3.6.1 基于距离变化的性能比较
3.6.2 基于功率信标发射功率P_B变化的性能比较
3.6.3 混合通信方案中工作模式选择的分析
3.6.4 传输时间周期I对平均吞吐量性能的影响
3.7 本章小结
第四章 信息缓存辅助的无线携能与反向散射多中继混合通信优化
4.1 引言
4.2 系统模型
4.2.1 混合多中继通信信道模型
4.2.2 信息缓存辅助多中继的混合通信方案
4.2.3 约束条件与问题建模
4.3 基于值迭代的DP算法实现平均吞吐量最优化
4.3.1 基于值迭代的DP算法进行问题转化
4.3.2 利用基于值迭代的DP算法优化资源分配
4.4 基于策略迭代的ADP算法实现通信系统吞吐量次优化
4.4.1 基于策略迭代的ADP算法的概述
4.4.2 利用基于策略迭代的ADP算法优化资源分配
4.5 复杂度分析
4.6 仿真结果及分析
4.6.1 基于中继数目不同的性能比较
4.6.2 基于不同发射功率的性能比较
4.6.3 基于传输距离不同的性能比较
4.6.4 混合通信方案中工作模式选择的分析
4.7 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 本文工作总结
5.2 未来工作展望
参考文献
[1]面向无源物联网的环境反向散射通信技术[J]. 陶琴,钟财军,张朝阳. 物联网学报. 2019(02)
