受干扰的SWIPT中继系统资源分配策略的研究

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随着5G时代的到来和无线网络规模的扩大,网络中节点的个数正在急剧增加。传统的网络节点使用电池供应能量,这就意味着网络节点生命周期有限。面对越来越多的节点,为它们更换电池显然会耗费大量的人力物力。然而,信能同传(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术的出现和发展为解决该问题提供了新思路。SWIPT技术可以使无线网络中的节点通过射频信号进行能量收集,并利用收集到的能量进行信息接收。该技术避免了频繁更换电池的弊端,并且可以极大地延长网络中节点的寿命。因此,SWIPT技术在无线网络中的应用备受关注。本文主要研究了受干扰下的SWIPT中继资源分配方案,针对干扰情况的不同,本文主要分为以下三个部分:1.针对周期性强干扰信号,当干扰周期信息己知时,提出了干扰能量再分配(Interference Energy Redistribution,IER)方案,即当发生强干扰时,中继切换到能量收集模式,收集干扰能量,干扰结束后将收集到的干扰能量用于信息转发。通过数学推导,证明了IER方案对提高时间切换(Time Switching,TS)中继和功率分割(Power Splitting,PS)中继性能的可行性。同时分别推导了两种中继系统速率与TS系数和PS系数的函数关系,通过极值法可以找到系统速率的最大值。经过数值仿真发现,采用IER方案可以有效地提升中继系统的平均速率,且对TS中继的提升更大。2.针对周期性强干扰信号,但干扰周期信息未知时,在IER方案的基础上提出了修改的干扰能量再分配(Modified Interference Energy Redistribution,MIER)方案。该方案将通信过程分为三层,从统计学角度出发,证明了可以根据干扰的统计信息计算出近似最优能量分割份数N*。基于MIER,提出了两个TS中继优化目标,即最大化第三层速率和最大化第二层速率,分别对应静态TS系数最优解和自适应TS系数最优解。两种方式对系统速率均有较大提升,且后者性能更好,但后者提高了设备复杂度。3.针对一般干扰信号,提出了资源区域分配法,即h2方法进行资源分配。该方法建立资源分配坐标系,通过调节资源分配线h2来划分能量收集和解码转发区域。通过推导,找到了系统非中断概率与h2之间的关系,以最大化非中断概率为目标,利用黄金分割法求解非中断概率的最大值。经过数值仿真发现,h2方法可以有效地提升系统的非中断概率。
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