無(wú)線攜能通信中的頻譜效率與能量效率.pdf

1、隨著無(wú)線通信技術(shù)和能量收集（Energy Harvesting，EH）技術(shù)的發(fā)展，一種將無(wú)線信息傳輸和無(wú)線能量收集技術(shù)結(jié)合起來(lái)的新技術(shù)-無(wú)線攜能通信技術(shù)（Simultaneously Wireless Information and Power Transfer，SWIPT）應(yīng)運(yùn)而生，隨著5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)的大規(guī)模使用，無(wú)線攜能通信技術(shù)將擁有越來(lái)越廣闊的應(yīng)用前

2、景與實(shí)用價(jià)值。
　　另一方面，近年來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)用戶數(shù)量的快速增長(zhǎng)，用戶要求急劇上升，可用的頻譜資源日益緊張，傳輸速率的提升又進(jìn)一步加大了能量的消耗，不但會(huì)加劇環(huán)境污染，同時(shí)也會(huì)增加經(jīng)濟(jì)成本的支出。在這種背景下，提升無(wú)線通信系統(tǒng)的頻譜效率(Spectral Efficiency，SE)與能量效率（Energy Efficiency，EE）已經(jīng)成為了越發(fā)重要的研究課題，吸引了大量的研究人員并已經(jīng)具有了諸多相對(duì)成熟的研究成果。但作為具

3、有重要應(yīng)用前景的新興技術(shù)，目前對(duì)于無(wú)線攜能通信中的頻譜效率和能量效率的研究還相對(duì)薄弱，本文從無(wú)線攜能通信中的頻譜效率和能量效率的定義及其折中優(yōu)化策略兩方面對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的研究。
　　為了明確無(wú)線攜能通信系統(tǒng)中頻譜效率和能量效率的定義，本文首先介紹了無(wú)線攜能通信的概念及其基本原理，并建立了基于單收單發(fā)(SISO)的無(wú)線攜能通信系統(tǒng)通用系統(tǒng)架構(gòu)和信道模型，隨后利用Powercast公司的P2110-EVAL-01無(wú)線能量傳輸組件對(duì)該模

4、型進(jìn)行了實(shí)測(cè)驗(yàn)證，驗(yàn)證本文所提出模型的實(shí)用性與精確性。區(qū)別于傳統(tǒng)無(wú)線通信領(lǐng)域的頻譜效率和能量效率，本文從無(wú)線能量收集與無(wú)線信息傳輸兩方面對(duì)無(wú)線攜能通信中的頻譜效率和能量效率進(jìn)行了分析，將其分為信息傳輸中的能量效率（Energy Efficiency for Information Transfer, EEIT），信息傳輸中的頻譜效率（Spectral Efficiency for Information Transfer, SEIT），

5、能量收集中的能量效率（Energy Efficiency for Energy Harvesting，EEEH）和能量收集中的頻譜效率（Spectral Efficiency for Energy Harvesting，SEEH）四種，并分別對(duì)其進(jìn)行了精確地定義。
　　為了對(duì)無(wú)線攜能通信中頻譜效率和能量效率的折中優(yōu)化進(jìn)行研究，本文對(duì)無(wú)線攜能通信系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中主要的外部條件限制進(jìn)行了分析，并總結(jié)出三種最重要的外部資源限制:發(fā)射端能

6、量供應(yīng)，系統(tǒng)可用頻譜資源與接收端電池電量，根據(jù)這三種資源的供應(yīng)狀況充足與否將無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的外部工作環(huán)境分為八種基本情況?；谌碌念l譜效率和能量效率的定義及本文提出的無(wú)線攜能通信系統(tǒng)模型，本文分析并總結(jié)出了影響無(wú)線攜能通信系統(tǒng)中頻譜效率和能量效率的兩種核心工作參數(shù):一是信號(hào)發(fā)射功率，二是系統(tǒng)對(duì)同一束信號(hào)分別進(jìn)行信息解碼與能量收集的分流系數(shù)。對(duì)于八種不同的外部工作環(huán)境，我們提出了八種不同的優(yōu)化策略來(lái)處理無(wú)線攜能通信中頻譜效率和能量效率