基于能量收集的多源单目标网络协作传输方法研究

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无线通信技术的快速发展对无线设备的电池寿命和传输可靠性提出了更高的要求。一方面,射频能量收集技术,作为一种新兴的能量收集手段,能够有效解决低功耗无线通信系统中设备供能方式和电池寿命问题;另一方面,协作通信技术通过让用户间彼此共享天线形成虚拟MIMO系统,可对抗无线通信过程中的衰落问题并显著改善传输性能。基于射频能量收集的协作传输技术,因集成了两项技术的优势,近年来受到研究者的重视。多源单目标网络是该技术的典型应用场景,例如在资源和能量受限的无线传感器网络中,多个传感器节点采集数据后,利用协作方式发送给汇聚节点。目前虽对该场景下的协作方法进行了初步的研究,但仍然存在中继选择范围单一、未与包聚合等低开销机制进行联合优化等问题。本文以能量受限的多源单目标网络为应用对象,对多中继场景下的协作传输方法进行深入研究。本文的主要工作如下:1.针对基于射频能量收集的多源单目标网络,考虑目的节点在下行链路同时传输信息和能量,提出基于源节点互助的上行选择协作传输方法。该方法通过结合选择协作和反馈机制,能够突破传统协作方法在最佳中继选择上单一性的局限,无需总是选取与源/目的节点间信道质量最好的中继节点作最佳中继,只需在能量充足且同时正确接收到了源节点信息和目的节点反馈帧的中继中任选一个来协作转发。并且,协助转发不再以全功率发送,而是以可靠协作所需最低功率进行,因此所提方法既能扩大系统中继选择范围,又能提高中继节点的利用率和网络能效。同时,基于所提传输方法,本文还面向集中式场景和分布式场景,分别提出了相应的最佳中继选择算法,进一步改善了协作传输效果。2.针对支持聚合解聚的多源单目标网络,提出一种基于源节点的上行聚合协作传输方法。无需为协作传输保留专门的重传时隙,利用包聚合技术,源节点在自身传输时隙便可以聚合的形式协助其他源节点转发数据包,从而在进一步降低网络能耗的同时,还可实现系统频谱利用率的提升。此外,还提出了该场景下的聚合数据包选择策略,提高了系统传输可靠性。3.对所提出的基于射频能量收集的多源单目标网络协作传输方法进行仿真,对不同的中继选择策略进行了性能对比与分析。仿真结果表明,所提出的选择协作传输方法能够显著提高数据传输的可靠性,在与包聚合机制进行联合优化时,还能进一步提高系统的频谱利用效率。本文的研究,对基于射频能量收集的协作传输技术在无线通信网络中的应用,具有一定的参考价值。
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