基于无线能量传输的高能效绿色通信系统

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随着天线和射频技术的发展,无线能量传输技术能够以无线的方式向终端进行充电,可提供通信所需的能量并有效的解决终端能量受限的问题。由于无线能量传输非常有应用前景因此受到越来越多的关注。目前相关研究大多数着眼于如何获得系统最大吞吐量,但随着通信设备正爆发式增长,能源消耗对环境问题来说是一个巨大的考验。并且设备以无线的方式获取的能量也是有限的,因此研究高能效无线能量传输对进一步实现可持续发展以及未来物联网应用有很大的益处。本文针对无线能量传输的高能效传输方式进行了深入的研究,考虑了了整个系统的能耗损失,以及天线的发射功率以及功率约束条件,如何进行资源分配使系统能效最大化。本次论文的主要内容和研究成果包括:(1)基于波束成型和时间分配的无线充电网络,在考虑来自系统发电站发送送射频信号和用户传送信息这两个阶段的能量消耗,通过用系统总和吞吐量比上总的能量消耗来衡量所以用户获得能量后发送信息的能量效率,并使系统能效达到最大。(2)由于能效定义为分式形式,是一个非凸问题,利用分式规划将目标函数最大化问题转换为带参数的减式问题。并通过引入变量最后转换为一个带参数可解的凸优化问题。并介绍了两种不同的迭代方法对问题进行求解,并通过仿真验证。(3)由于远近效应导致的用户不公平性,本文考虑每个用户的服务质量,提出一种多目标规划的方法,最大化每个用户信息量阀值的同时,使系统能耗达到最小。首先我们找到用户信息传送量阀值的可行范围,找到满足要求的最大阀值,然后解决系统能耗最小化的问题。通过将多目标转化为单目标优化问题进行求解,既提高了系统能效,同时保证了每个用户服务质量。
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