基于MIMO广播技术的多点信息与能量同时无线传输策略研究

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近些年来随着物联网的发展,互联网中的移动设备数量爆炸性的增长。然而传统的供电方式(例如,线缆供电和电池供电)已然成为了制约无线通信发展的重要因素。无线信息与能量同传技术(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)在这种环境下快速发展,其发射端通过发射携带信息的射频信号来给接收端传输能量和信息。多入多出(multiple in multiple out,MIMO)技术是当下提高无线通信系统容量和可靠性的主要手段,因此将SWIPT技术与MIMO技术相融合是当下一个很值得研究的方向。此外,现阶段对于SWIPT技术的应用人们通常仅考虑其下行传输阶段的能量和信息传输,然而在一些信息采集网络中大多数情况都是需要较大上行传输速率,对下行传输速率的要求较低。针对上述情况,本文构建了单点双工的MIMO-SWIPT系统模型和多点MIMOSWIPT系统模型,并且对SWIPT技术应用于MIMO系统的单点传输和多点传输的上下行传输阶段进行了研究,论文内容概括如下:首先,对射频能量收集技术、单输入单输出(single input single output,SISO)的SWIPT体系以及MIMO中的SWIPT体系进行了深入研究。在对上述技术研究的基础上,构建了单点双工的MIMO-SWIPT系统模型。其次,研究了单点双工MIMO-SWIPT系统模型的传输策略,基于“二分法”和“枚举法”,设计了寻找最优的资源分配系数的方法,并通过仿真分析,设计了不同场景下的最优传输策略。再次,本文在对单点MIMOSWIPT的研究基础上,构建了多点MIMO-SWIPT系统模型,并对其上下行传输阶段的能量和信息同传公式进行了理论推导,得出了理论模型,并使用MATLAB仿真分析,证明了模型合理性。最后,研究了多点MIMO-SWIPT系统中的资源分配问题,设计了一种“基于公平性的资源分配方法”,之后,通过仿真分析,得出“基于公平性的资源分配方法”可以最大化的保证系统内正常通信用户的数量,并对资源利用率也有一定程度提升的结论。
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