【摘 要】
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随着第五代移动通信技术的发展,终端设备的数量和无线通信系统规模持续增长,对能量的需求越来越大,而全球能量短缺问题日益严峻,如何降低通信系统的能量消耗成为了亟待解决的关键问题。无线携能通信（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT）将射频能量收集技术整合到无线传输中,为能量受限设备持续提供能量以延长续航,实现绿色通信。另一方
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随着第五代移动通信技术的发展,终端设备的数量和无线通信系统规模持续增长,对能量的需求越来越大,而全球能量短缺问题日益严峻,如何降低通信系统的能量消耗成为了亟待解决的关键问题。无线携能通信（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT）将射频能量收集技术整合到无线传输中,为能量受限设备持续提供能量以延长续航,实现绿色通信。另一方面,下一代无线通信系统的设计面临着高速率、低能耗、低时延和海量连接等挑战,如何有效提高通信系统的能量效率和频谱效率成为关键。研究者们为此提出了许多有效解决方案,如非正交多址接入技术（Non-orthogonal Multiple Access,NOMA）,大规模多输入多输出技术（Massive Multiple Input Multiple Output,Massive MIMO）和毫米波通信技术（Millimeter Wave,mm Wave）。基于以上因素,本文致力于研究下一代无线通信系统需求下的SWIPT系统,结合NOMA、Massive MIMO以及mm Wave等技术,对系统的资源分配算法进行研究以提高系统的相关性能。本文的主要内容和贡献概述如下:（1）研究多用户NOMA SWIPT系统的资源分配问题,以最大化系统的安全速率。构建基于多输入单输出的NOMA SWIPT系统模型;在满足信息用户的速率需求和能量用户的能量收集需求的情况下,优化预编码向量和用户功率分配策略最大化系统总安全速率。针对所考虑的变量耦合且非凸的安全速率优化问题,首先基于能量用户的需求,优化预编码向量以最大化信息用户的信道增益;接着对原始问题进行化简并转换为一系列子问题,利用KKT条件推导出用户功率分配策略的解析解。仿真结果验证了上述算法有效性,证明了所提出的资源分配算法对于提升系统安全性能具有一定的优势。（2）研究多用户Massive MIMO SWIPT系统中混合预编码器和组合器的设计算法,提升系统频谱效率。构建基于毫米波通信的多用户Massive MIMO SWIPT系统模型,且收发机均采取混合编码的结构。在满足能量用户能量采集需求和基站发射功率约束的情况下,设计混合预编码器和组合器以提升系统频谱效率。由于模拟编码的恒模约束和编码矩阵的相互耦合,将联合优化问题分解为数字域和模拟域,以便求解。对于模拟预编码器和组合器设计,提出一种低复杂度基于陈列响应向量的逐步贪心选择算法。对于数字预编码器的设计,对目标函数进行一阶泰勒展开化为凸函数进行迭代求解,最后基于最小均方误差设计数字组合器。仿真结果验证了上述算法的有效性和鲁棒性。
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