基于非线性能量收集模型的无线信息与能量同传协作通信研究

基本信息
批准号:61671051
项目类别:面上项目
资助金额:58.00
负责人:熊轲
学科分类:
依托单位:北京交通大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:裘正定,刘铭,张煜,陆杨,邸晓飞,刘静娴,蒋瑞红,马换,田野
关键词:
无线能量收集无线信息与能量同传非线性能量收集模型性能分析与优化协作通信
结项摘要

Wireless information and power transfer (SWIPT) transfers information with radio signals which also carries energy at the same time. It is able to power the energy-limited nodes in energy-constrained networks, which has very wide applications in future communication systems. However, as a newly emerging technology, there are many fundamental problems required to be studied. Particularly, existing results on SWIPT were obtained on the basis of linear energy harvesting model which is not consistent with the non-linear feature of practical energy harvesting circuits. For this, this project focuses on revealing the impacts of nonlinear energy harvesting model on the performance of wireless cooperative networks, exploring the efficient co-design mechanism of SWIPT and cooperative communication, achieving the joint optimization of energy saving, energy sourcing, and information transmission in the single cooperative communication system under the non-linear energy harvesting model. First, we shall explore the system performance limits and behaviors of cooperative communications with SWIPT from the perspective of information flow by using network information theory and stochastic geometry theory. Second, we shall design efficient cooperative transmission strategies to approach the system performance limits by joint optimization of the resource allocations and system configure parameters by using convex optimization and game theory. Third, considering that multi-antenna and network coding are two promising technologies for future wireless communications systems, we shall investigate the system performance enhance schemes on the basis of multi-antenna and network coding for SWIPT-enable cooperative communications. The results obtained by this project will help to deeply understand SWIPT and give a vigorous boost to the application of SWIPT in future practical communication systems, which will also provide efficient solutions and approaches to improve the spectral and energy efficiency while extending the life time of energy-constrained networks.

无线信息与能量同传(简称“无线信能同传”)在利用无线信号传输信息的同时传递能量,可为能量受限网络节点持续提供稳定电源,有重大应用价值。然而作为新兴技术,相关理论还亟待完善。特别是现有研究多基于理想线性能量收集模型,难与实际电路非线性特性匹配。本项目定位于揭示非线性能量收集模型对无线协作网络性能的影响机理,探索非线性模型下无线信能同传与协作通信的高效融合机制,实现网络能耗节流、能量开源与信息传输的联合优化设计。项目首先基于网络信息论和随机几何研究无线信能同传下协作传输的性能极限特征,接着利用凸优化和博弈论等设计并优化逼近网络性能界的传输策略,进一步结合多天线和网络编码研究无线信能同传下协作传输的性能增强方案,最后搭建仿真平台对所提理论和方案加以验证。本项目对深入理解无线信能同传技术、推动其在无线网络中的应用提供理论依据,为能量受限网络的频谱、能量效率提升和寿命延长问题提供有效解决思路与途径。

项目摘要

无线信息与能量同传(“无线信能同传”)是一种能够利用无线射频信号传输信息和能量的技术,充分利用了无线信号携带信息的同时也携带能量的特点,适合于为能量受限网络节点持续提供稳定电源。在物联网和传感器网络中有广阔的应用前景。然而作为新兴技术,相关理论还亟待完善。前人的研究多基于理想线性能量收集模型,难与实际电路非线性特性匹配,所得结论与实际情况偏差较大。为此,本项目聚焦于非线性能量采集电路特性约束下的无线能量采集网络传输理论研究,在网络机理、传输方案、优化方法等方面取得了一些突破,对深入理解无线信能同传技术、推动其在无线网络中的应用提供了理论依据,为能量受限网络的频谱、能量效率提升和寿命延长问题提供有效解决思路与途径。项目揭示了非线性能量收集模型对无线协作网络性能的影响机理,探索了非线性模型下无线信能同传与协作通信的高效融合机制,实现了网络能耗节流、能量开源与信息传输的联合优化设计。项目首先基于网络信息论和随机几何研究了无线信能同传下协作传输的性能极限特征,接着利用凸优化和博弈论等设计并优化了逼近网络性能界的传输策略,进一步结合多天线和网络编码研究了无线信能同传下协作传输的性能增强方案,最后搭建了仿真平台对所提理论和方案加以验证。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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