能量收集多天线发送机的功率控制策略研究

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随着无线通信服务空前的增长,网络和终端设备的能耗不断提高,收集和利用周围环境中的能量是减低传统能源消耗、减少碳排放的重要技术手段。由于可再生能源一般具有间歇性和随机性,使得采用能量收集方式供电的无线通信系统在能量使用上面临挑战,发送的功率是影响系统传输性能的重要问题。本文针对多天线发送机由能量收集装置供电的无线通信系统,对以最大化系统传输速率为目标的发送功率、发送时长和天线选择等参数的在线控制策略进行研究,主要内容如下:1.针对多天线源节点配备能量收集装置的无线通信系统,以最大化系统传输速率为目标的发送功率和天线选择联合优化问题,其中,收集的能量不仅用于信息的传输还包括天线激活的射频功耗、电路处理功耗。由可充电电池的电量构造能量虚队列,将尽可能最大化的传输速率的负值作为惩罚项,再利用Lyapunov优化框架将功率控制与天线选择的优化问题转换为瞬时队列漂移加惩罚函数最小化问题。每时隙遍历电池电量支持的激活天线数,并优化发送功率,选取使漂移加惩罚最小的天线数和发送功率作为最优解。最后使用蒙特卡罗仿真的方案对所提算法性能进行了仿真验证,仿真结果显示所提算法能有效调度从环境中收集到的能量,获得比对比算法更高的平均速率。2.发送机的电路功耗与发送信号的时长有关,在采用连续传输方式时,电路消耗了大部分能量,导致能支持的信号发送功率不高,为了进一步节省电路功耗,发送机采用激活-发送-睡眠的工作模式,间断地传输信息。同样针对多天线源节点配备能量收集装置的无线通信系统模型,以最大化系统传输速率为目标。首先构造能量使用和电池电量约束下的长期时间优化问题,然后利用Lyapunov优化框架将发送机的发送功率、发送时长和天线选择的联合优化问题转换为单时隙的漂移加惩罚最小化问题,最后使用KKT条件求解含有不等式约束的单时隙优化问题。仿真结果表明,所提算法对优化框架中的权重和偏移量参数进行了自适应调整,更能适应环境的变化,明显改善系统的性能。
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