基于OFDM資源分配的無線攜能通信技術研究.pdf

1、無線傳感器網絡以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點廣泛應用于各個領域。傳統(tǒng)的無線傳感器網絡采用儲能有限的電池進行供電，一旦電池電能耗盡，傳感器節(jié)點就無法繼續(xù)工作。雖然可以通過更換電池或重新充電延長無線傳感器網絡的工作壽命，但是工作難度極大。為解決無線傳感器網絡能量供給的問題，能量收集技術應運而生，該技術能夠有效延長無線傳感器網絡的壽命。傳統(tǒng)的能量收集技術通過從自然環(huán)境收集能量，如太陽能、風能、熱電效應等，易受到位置和氣候的影響。因此

2、，通過無線射頻信號進行能源收集的方式引起了人們的高度關注，無線射頻信號不僅能彌補天然能源在收集環(huán)境上的缺陷，而且同時承載著信息和能量，這種巨大的優(yōu)勢為信息和能量的同時傳輸提供了極大的可能性。無線攜能通信技術是無線信息傳輸技術和能量收集技術相結合的產物，通過接收周圍環(huán)境中的射頻信號，在獲取信息的同時可以收集能量，不僅實現(xiàn)了高效可靠信息通信，而且充分利用了寶貴的能量資源，為無線通信系統(tǒng)設計和無線資源分配帶來深遠的變革。現(xiàn)有的無線攜能通信技術

3、主要基于三種方法:功率分配方法、時隙切換方法和天線選擇方法，這些方法都需要在接收端額外增加一個分配器才能實現(xiàn)信息和能量的同時接收，為無線攜能通信技術增加了設計復雜度和成本。
　　本文以無線傳感器網絡為背景，將正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術和協(xié)作中繼技術結合到無線攜能通信技術中來協(xié)調信息和能量的同時傳輸，不僅優(yōu)化無線攜能通信傳輸的能量效率和頻譜效率，

4、而且降低了接收端的設計難度，使得無線攜能通信技術能在低成本和低復雜度的無線傳感器網絡中得以應用。本文主要工作和成果如下:
　　(1)針對接收節(jié)點需設計分配器帶來高復雜度高成本的問題，根據OFDM技術可以靈活分配子載波并控制子載波上的發(fā)射功率的特點，提出了基于OFDM資源分配的無線攜能通信方法。傳感器發(fā)送節(jié)點發(fā)送信息給接收節(jié)點，接收節(jié)點無需增加分配器，只需根據信道狀況選擇一部分子載波用于接收信息，剩余部分子載波用于收集能量。研究接收

5、節(jié)點如何進行子載波和功率優(yōu)化分配，在保證接收節(jié)點能夠達到目標速率的情況下，最大化收集到的能量。仿真結果表明，本文提出的方法與現(xiàn)有其他方法相比具有更好的性能。
　　(2)為進一步提高無線攜能通信系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率，根據協(xié)作中繼技術通過多個節(jié)點協(xié)同可以最大化利用有限的資源來提升無線通信網絡性能的特點，提出了基于OFDM協(xié)作中繼的無線攜能通信方法。通過兩個時隙來研究資源優(yōu)化分配的問題。在第一時隙，傳感器源節(jié)點廣播信息，目的節(jié)點利用