无线EH-MIMO协作通信系统中数据与能量天线选择性能分析

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带有能量收集(Energy Harvesting,EH)功能的无线传输系统可以收集太阳能、风能以及射频信号的能量等,进而提高无线节点的生命周期,成为一种有效缓解无线网络能源消耗的解决方案。EH技术解决了无线节点往往不便配置可靠电源的缺陷,是实现绿色通信的一个重点技术。当EH技术与多输入多输出(Multiple-Input and Multiple-Output,MIMO)技术、天线选择技术相结合,无线MIMO通信系统可同时进行数据传输和能量收集,区别于传统MIMO系统中只用于数据传输的天线选择技术。在无线EH-MIMO协作通信系统中,关于能量与数据天线选择的成果尚不多见,相关问题仍有待探讨。鉴于此,本文开展基于无线EH-MIMO协作通信系统的数据与能量天线选择问题研究,主要工作包含如下两个方面:(1)为了实现有效的能量利用和数据传输,针对无线EH-MIMO协作通信系统,提出了在节点的多根天线中选择部分天线进行能量收集和部分天线进行数据传输的遍历最优能量与数据天线选择算法,能够针对所提出的EH-MIMO协作通信模型获得最大的信道容量,即具有最优的容量性能。与传统算法的对比仿真结果表明,所提遍历最优算法能够有效利用收集的能量提升系统性能,优于传统算法。(2)鉴于遍历最优算法的高复杂度,为了降低算法的复杂度,进一步提出了递增天线选择和递减天线选择的两种次优能量与数据天线选择算法,并与遍历最优算法在系统性能和算法复杂度上进行了对比。仿真结果表明,次优算法在系统信道容量和能量效率方面接近遍历最优算法,同时具有较低的复杂度。
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