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《广西师范大学》 2019年
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无线EH协作通信系统的节能中继选择研究

江泽远  
【摘要】:在传统的无线协作通信系统中,由于采用电网供电,中继选择不需要考虑节点的电力是否足够的问题。近年来,能量收集(Energy Harvesting,EH)节点利用可再生能源提供自身电力,具有低碳环保的特点,同时降低了通信系统对电网的依赖,因而无线EH协作通信系统的研究受到了广泛的关注。在无线EH协作通信系统中,移动的中继节点会给网络部署带来灵活性,EH中继节点恰恰为中继节点的移动性提供了可能。移动的中继节点需要依靠自身收集能量来提供电力驱动,而收集的能量是随机变化的,因此中继节点对于收集能量的利用显得至关重要,而传统无线协作通信系统中的中继节点不具备EH能力,中继选择时考虑的因素也就相对较少。基于此,本文开展了无线EH协作通信系统中的节能中继选择问题研究,取得了以下进展:首先,在由电网供电的源节点、EH中继节点和电池供电的目的节点组成的无线EH协作通信系统中,针对EH中继节点处可能出现的能量瓶颈和转发数据拥塞,提出了一种优化源节点和中继节点传输功率的节能中继选择方法。不同于已有方法,该方法依据EH中继节点的能量收集情况确定EH中继节点的发射功率,接着利用推导得到的源节点与EH中继节点之间的发射功率比例关系确定源节点的发射功率,选择信道容量最大的中继链路进行数据转发,同时考虑了源节点和EH中继节点的发射功率约束。在此基础上进行了数学分析,推导得到了系统平均信道容量和中断概率的数学表达式。仿真结果表明,本文所提方法的能量效率和平均信道容量随着平均信道增益的增大而增大,系统的中断概率随着平均信道增益的增大而减小。所提方法可有效提升系统性能,在合理利用EH中继节点所收集能量的同时节约源节点的能量。其次,在由电网供电的源节点、EH中继节点和电池供电的目的节点组成的无线EH协作通信系统中,考虑源节点以固定功率发射的情况,提出了一种自适应的节能中继选择方法。该方法根据信道容量最大化准则,由源节点的发射功率推导出EH中继节点的发射功率,然后根据时隙的长度计算出EH中继节点应有的储能。满足能量要求的EH中继节点为候选中继节点,从中选出一个既满足速率要求又最节能的中继节点进行数据转发;当不存在候选中继节点时,选择既满足速率要求又最节能的多个EH中继节点的组合进行数据转发。仿真结果表明,该方法系统的平均信道容量和能量效率随着平均信道容量的增大而增大,中断概率随着平均信道容量的增大而减小。并且都具有良好的性能,具有应用价值和现实意义。
【学位授予单位】:广西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN92;TM73

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