基于多天线无线通信和功率传输系统能效优化研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于多天线无线通信和功率传输系统能效优化研究作者姓名张媛媛学科专业计算机科学与技术指导教师郭希娟教授2016年5月中图分类号：TP391.9学校代码：10216UDC：004.7密级：公开工学硕士学位论文基于多天线无线通信和功率传输系统能效优化研究硕士研究生：张媛媛导师：郭希娟申请学位：工学硕士学科专业：计算机科学与技术所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinComputerScienceandTechnologyENER

2、GYEFFICIENCYOPTIMIZATIONRESEARCHFORWIRELESSINFORMATIONANDPOWERTRANSFERSYSTEMINMULTIPLEANTENNASYSTEMbyZhangYuanyuanSupervisor:ProfessorGuoXijuanYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于多天线无线通信和功率传输系统能效优化研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外

3、不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日摘要摘要伴随着无线通信技术在人们日常生活中的普及，通信系统中受限的资源已无法满足用户需求，开始影响系统的工作效率。现急需一种高效的资源分配算法，在确保高QOS(QualityofService)需求和最小信息发送率的同时降低系统链路能耗，提高系统效率。目前已有的资源分配算法多致力于提升系统吞吐量，少有文献研究系统能效。本文针对多天线无线通信和功率传输WIPT(WirelessInform

4、ationPowerTransfer)系统，为了改善系统能效，研究出高效节能的资源分配算法，主要内容如下。首先，针对单用户多天线WIPT系统，基站端引入了能源波束成形以提高功率的利用率。提出一种有效的IBSA(ImprovedBlockSearchAlgorithm)天线选择算法，该算法可快速找到使得系统能效达到最优的天线数。通过分析和证明推导出能效的闭合表达式，通过该表达式得到了系统能效优化问题。采用KKT(KarushKuhnTucker)条件对拉格朗日对偶函数求解得到发射功率和转换时间的最优解。其次，针对单用户多天线WIPT系统，引入了能

5、源收集技术，该技术采用马尔科夫链MC(MarkovChain)模拟离子电池充、放电的过程来实现。提出一种贪婪转换GS(GreedySwitching)策略，通过对该策略的分析计算得到使得系统能效达到最优的中断概率表达式。此外，确保QOS的前提下，结合采用天线选择算法最终实现了改善系统能效的目标。最后，针对多天线WIPT系统，将单用户扩展到多用户系统，提出了一种高效的资源分配方案，该方案中考虑多个用户的接入问题。由于系统中基站与用户间的通信受基站天线数的影响，因此分情况讨论并引出了天线选择和用户选择算法，进一步提出了详细的实现流程。此外，介绍了优

6、化发送功率和功率转换时间的资源分配算法。关键词：WIPT系统；能源效率；天线选择技术；马尔科夫链；用户选择技术-I-燕山大学工学硕士学位论文AbstractAlongwithpopularizationofwirelesscommunicationtechnologyinPeople'sDailylife,limitedresourcesincommunicationsystemhavebeenunabletomeetuserrequirements,startingtoaffecttheworkefficiencyofthesystem.Un

7、derhighQOS(QualityofService)requirementsandminimuminformationtransmittingrate,reducingenergyconsumptionofthesystemlinkandimprovingthesystemefficiencyallrequireahighlyefficientresourceallocationschemeforusnow.Theexistingresourceallocationalgorithmismorecommittedtoimprovethesy

8、stemthroughputandlittleliteraturestudysystemefficiency.Inordertoimprovesyst