基于能量收集的多天线无线协作系统的优化传输策略设计研究

The wireless communication system with renewable energy is the future development trend of green mobile communications. However, the randomness and causal characteristics of renewable energy harvesting will affect the system performance significantly. The project will focuse on energy cooperation among multi-users, coordinated pre-coder design and cooperation transmission strategy design with physical-layer security consideration issues in multi-antenna wireless cooperation sysytem with energy harvesting. Through using convex optimization techniques , Markov decision process ,semi-definite programming technology, it is proposed to investigate optimal energy sharing criterion among multi-users, design the optimal cooperation pre-coder, and analyze the relationship between the system security rate and energy harvesting. The main contents include : ( 1 )For relay assisted multi-user energy cooperation network, causal energy cooperation criterions and resource allocation strategy are proposed to gurantee the quality of users’ service. ( 2 )For the multi-antenna cooperation system with simultaneous information and power transfer, it is proposed to adopt semi-definite programming technology to design optimal pre-coder. It can balan the information reception and energy harvesting at the relay node to enhance the system performance. ( 3 ) for multi-atenna cooperation network which supporting multi-operation mode, optimal structured precoding and optimal relay selection schemes are investigated. They can gurantee the efficiency of power transfer and maximize the system security rate. This project can promote the development of energy harvesting wireless network theory and techniques , provide a reference for green communications research.

无线通信系统配备可再生能源是未来移动通信的发展趋势，然而能量收集的随机性及因果特性将影响系统性能。本项目关注基于能量收集的多天线无线协作系统中多用户能量协作，协作预编码设计，及安全的协作传输策略问题，目的是通过凸优化技术，马尔科夫决策过程，半正定规划等技术，探索用户间的能量共享准则，设计信息与能量协同传输的预编码方案,研究系统安全速率与能量收集的关系。内容包括:(1)针对多用户通过中继共享能量的协作网络,提出具有因果关系的能量协作准则及资源分配策略,保证用户服务质量。(2)针对信息与能量协同传输的多天线协作系统，利用半正定规划技术设计优化的预编码，协调中继的信息接收与能量收集，提升系统效率。(3)针对支持多工作模式的多天线协作网络，通过设计结构化的预编码及优化的中继选择,保证能量传输效率,最大化系统安全速率.本课题可促进基于能量收集的无线网络中相应理论和技术的发展，为绿色通信研究提供参考。

无线通信系统配备可再生能源是未来移动通信的发展趋势，基于能量收集的无线网络如无线传感网，应急自组网通信等具有广泛的应用前景。本项目通过对基于能量收集的多天线无线协作系统中多用户能量协作，协作预编码设计，及安全的协作传输策略问题，探索用户间的能量共享准则，设计信息与能量协同传输的预编码方案,研究系统安全速率与能量收集的关系。主要成果如下:(1)在多用户通过中继共享能量的协作网络, 提出具有因果关系的能量协作准则及资源分配策略,保证用户服务质量。(2)针对信息与能量协同传输的多天线协作系统，通过信号对齐技术，干扰协调技术，设计了收发终端的预编码矩阵，协调中继的信息接收与能量收集，提升系统效率。(3)针对基于无人机辅助的无线网络，通过设计优化的传输调度协议，优化无线能量传输与信息传输的时隙结构，无人机的飞行轨迹，在保证能量传输效率, 最大化网络吞吐量、最小化整个网络的能量消耗；（4）针对支持多工作模式的多天线协作网络，对可信中继和不可信中继进行了系统性研究，设计结构化的预编码及优化的中继选择和调度策略，保证能量传输效率,最大化系统安全速率. 本课题成果对基于能量收集的无线网络的协作场景进行了系统的研究，丰富了自生自支持无线网络中相应理论和技术的发展，发表学术论文20多篇，申请相关技术专利6项，全面完成了项目申请之初的预设目标，为新型无线网络特别是绿色通信网络提供的可参考的优化解决方案。