基于自谐振线圈参数优化的多中继无线供电系统效率提升研究

印刷电路板(printed circuitboard,PCB)自谐振线圈可以避免绕线引起的偏差,且不受分立补偿电容的影响,应用在多中继无线供电系统中极具前景。针对PCB自谐振线圈结构参数优化不完全所导致的多中继无线供电系统传输效率低下的问题,该文给出了一种用以提升系统传输效率的PCB自谐振线圈结构参数优化设计方法。首先,建立了多中继无线供电系统的传输效率模型,并分析了线圈的电参数对传输效率的影响机理;其次,详细推导了线圈电参数与线圈的匝数、介质厚度、线宽、铜箔厚度、介质损耗角正切值以及介电常数之间的关系;然后,基于上述关系,以传输效率最高为目标,优化了线圈参数;最后,利用优化后的PCB自谐振线圈搭建了一套五线圈无线供电系统实验样机。实验结果表明,采用优化后的PCB自谐振线圈传输效率最高可达76.5%,相比优化前33.1%的传输效率,提高了43.4%。

多中继无线供电系统线圈-电路参数优化设计研究

多中继无线供电系统包含线圈自感、互感、内阻、工作频率、补偿电容等众多设计参数。在满足负载功率需求的前提下,如何优化这些参数来设计系统输入输出特性并提升系统效率仍不明确。为此,该文以系统传输效率最优为目标,以同时实现恒压输出和零相角(zero phase angle,ZPA)输入特性为约束条件,提出了一种多中继无线供电系统线圈-电路参数优化设计方法。首先,基于二端口网络模型分析了恒压输出和ZPA输入的实现条件,以及传输效率的关键影响因素;其次,基于耦合系数与品质因数乘积指标对宽频率范围内的线圈最优匝数进行了分析;并根据所得到的最优线圈参数,提出了考虑恒压输出与ZPA输入特性的系统电路参数优化设计方法;最后,基于优化的线圈和电路参数搭建了一套五线圈无线供电系统样机,对线圈特性、输入输出特性以及系统效率进行了实验,验证了所提出参数优化设计方法的有效性。

支持多个多播组业务的多中继协作NOMA系统中断性能研究

提出在协作非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)系统中使用多中继方案支持主用户和多个多播组业务。考虑在瑞利信道下,从每个多播组中选出信道条件最好的次级用户作为中继节点协助解码转发目标单播主用户的信号,在主用户处使用最大比合并(maximum ratio combining,MRC)技术以提升信干噪比(signal to interference and noise ratio,SINR)。分别对全双工和半双工模式下应用多中继同时转发(multi-relay simultaneous forwarding,MRSF)和最优中继转发(optimal relay forwarding,ORF)两种策略的主用户中断概率进行理论分析并通过蒙特卡洛仿真验证。结果显示,全双工对半双工中继具有性能优势,并发现对相同个数多播组,MRSF策略相比ORF策略可有效提升单播主用户的中断性能且随多播组个数增加变得更显著。

多中继无线电能传输系统环路失谐特性分析

环路失谐是多中继无线电能传输(MR-WPT)系统亟待解决的一个难题。为了找出环路失谐对MR-WPT系统的影响规律,对比MR-WPT系统在完全谐振、单个线圈环路失谐和两个线圈环路失谐条件下各个线圈环路电流幅值和相位的变化,分析系统失谐特性。最后,提出了一种基于频率调节的方法来保持系统整体谐振,并通过仿真验证其可行性,为改善环路失谐后的系统性能提供了解决思路。

基于MMSE准则的MIMO多中继系统线性收发机设计

本文以放大转发MIMO多中继系统为研究对象,研究其联合线性收发机的优化设计问题,其基本思想是在中继的总发射功率约束下,最小化系统的均方误差(MSE).为降低系统复杂度,本文首先引入了乘积矩阵的奇异值分解,把收发机的设计简化为以奇异值向量和酉矩阵为优化变量的优化问题;接着利用变量替换并引入罚项,将简化后的问题转化成只有酉矩阵约束的优化问题.在此基础上,通过引入替换变量的欧氏梯度,设计了新的黎曼欧氏最陡下降算法,从而有效地处理酉矩阵约束.仿真结果表明,与传统的设计方法相比,本文提出的方案性能最优,最接近MSE下界.

基于网络编码的无线体域网多中继协作节能策略

针对无线体域网中传输链路存在中断情况从而消耗额外能量的问题,在多源多中继系统模型中引入网络编码,提出一种基于网络编码多中继协作算法,并分析了该算法下系统的网络能耗,推导出系统的每比特网络整体能耗公式。仿真结果表明:该算法与传统的多路径多中继转发算法相比,可以较大程度的减少网络的整体能耗,适当地增加信源节点或者减少中继节点的数目对降低网络的整体能耗也有一定的作用。该算法能减少多源多中继网络的整体能耗,延长网络的生命周期。

基于节点剩余功率的多中继选择算法

提出一种基于节点剩余功率的多中继放大转发协同节点选择算法,根据节点信道状态信息(CSI)和剩余能量信息对网络生存时间进行优化,使用加权函数和信道容量增益门限进行多协同节点选择。仿真结果表明,对于动态和固定功率分配,该算法选择三四个中继可使协同通信系统性能达到最优;相对基于CSI的单中继选择算法,当中继数为4时,其在动态功率分配时的网络生存时间最高可延长82%。

基于网络编码的双向多中继系统中断概率分析

网络编码在双向多中继系统中已经得到了广泛地研究,并有效地提高了双向多中继系统的吞吐量。首先本文导出了在译码转发方式时,独立正交信道和多接入信道下基于网络编码的双向多中继系统平均中断概率表达式。Monte Carlo仿真和理论分析非常吻合,验证了理论分析的正确性。之后分析了系统平均中断性能在不同信噪比和不同中继节点个数等多种情形下与功率分配因子的关系,揭示了功率分配因子与系统总功率和中继节点数量之间的内在关系。仿真结果表明,双向多中继系统采用网络编码进行传输时,在独立正交信道下和多接入信道下的功率分配因子取值在区间[0.5,0.6]内能够获得最优的系统中断概率性能,并且多接入信道下的系统中断性能要好于独立正交信道。

多中继OFDM系统选择性子载波中继和功率分配算法

对于多中继OFDM放大转发协作通信系统,在各个中继节点功率独立受限的条件下,中继节点转发子载波的数目较多时,每个子载波所能分配到的功率较少,而将此中继节点转发的部分子载波转由空闲的中继节点转发,可以获得更大的功率增益。为此,本文提出了一种改进算法。在中继节点距离源节点较近时,充分利用空闲中继节点的功率,提高系统容量,在中继节点距离源节点较远时,削减中继节点数目,降低系统复杂度。仿真结果表明,本文算法在中继节点距离源节点较近时获得了更大的系统容量,在中继节点距离源节点较远时,保持系统容量基本不变,降低系统复杂度,易于实现。

基于张量分解的MIMO多中继系统半盲信道估计方法

针对多输入多输出三跳中继系统,提出了一种基于张量分解的半盲信道估计方法.该方法通过对接收信号构造基于张量分解的PARAFAC和PARATUCK2模型,通过两阶段的迭代算法拟合张量模型.两阶段迭代算法利用ALS拟合PARAFAC模型估计复合信道和发送信号,并利用TALS拟合PARATUCK2模型并行估计三跳信道矩阵.与已有的信道估计方法相比,该方法只需少量的导频序列便能并行估计三跳信道矩阵,不仅可以避免误差叠加,而且提高了系统的频谱利用率,仿真结果验证了其有效性.

动态多中继协同节点选择算法

为优化协同通信系统的性能,提出了一种动态多中继译码转发(DF)协同节点选择算法MRS-DF。该算法联合考虑节点的剩余能量信息和信道状态信息对网络生存时间进行优化,以获得更长的网络生存时间和更大的信道容量。仿真验证表明,动态分配中继功率时,选择4个中继性能已经达到最优。MRS-DF算法的网络生存时间和信道容量远大于仅考虑节点信道状态信息的中继选择算法。在10次仿真中,该算法网络生存时间平均延长201.1%,信道容量平均提高164.55%。

多中继物理层网络编码系统加密设计及安全性能研究

多中继通信系统信息传输过程复杂,存在吞吐率下降、误码率高、安全性能差等问题.针对以上问题,提出多中继物理层网络编码系统与密钥加密技术联合设计的解决方案.首先,阐述三中继双向物理层网络编码系统加密传输的工作机制;然后,构建三中继物理层网络编码与LDPC码、加密算法联合通信模型,设计适应多路信号叠加的中继映射解决方案,推导出该系统的置信传播译码算法公式.实验仿真结果表明,采用的密钥加密技术能有效保证系统数据传输安全性,降低因多中继系统信息传输与信道窃听带来的性能损失;同时,LDPC编译码提升了该系统的译码准确率,系统解密能力得到改善,从而有效提高了多中继通信系统数据传输的有效性、可靠性.

一种多中继协作系统中功率优化分配策略的无线网络容量算法研究

针对限制网络容量的主要因素(信道带宽与信道信噪比),本文提出了一种多中继协作系统中功率优化分配策略的无线网络容量算法。首先,论文提出采用多中继协作的方式,提高网络传输速率,建立网络最大流数学模型。然后,在网络总功率受限的情况下,对中继节点进行功率优化分配,建立最大化网络容量计算数学模型。最后,论文建立网络仿真环境,对比多中继协作且能量优化分配与非中继协作且能量等分两种策略在中断概率、网络容量等方面的表现。得出如下结论:网络容量随节点数量增加呈现先增后减的趋势,多中继协作且能量优化分配策略更加有利于提高无线网络容量。

多源多中继无线网络中基于随机线性网络编码的调度方案

现有多中继无线网络中传输调度方案主要针对单信源且转发链路状态相同的情况,多采用顺序转发的调度方式,传输效率较低。针对此问题,该文提出一种基于随机线性网络编码的优先级调度方案。该方案在不同的传输阶段,利用信息包接收状态或编码向量之间的线性关系生成反馈信息,计算中继节点的有效信息包数。在转发链路状态不同的情况下,综合考虑各中继节点的有效信息与链路传输可靠性,确定优先级,从而完成调度。该方案实现了多中继对多信源信息的协同转发,在转发链路状态差异较大时,能自适应地选择最优转发节点和路径,提高信息包的传输成功率。仿真结果表明,相比传统基于单信源或顺序调度的方案,该方案能有效提高网络吞吐量,减少重传次数。

一种多用户多中继MIMO通信系统迭代预编码方案

该文针对多中继MIMO通信系统多用户传输时的用户间干扰问题,提出了一种可以有效抑制多用户干扰的发射端与中继端迭代预编码的方案。该方案首先在中继端进行多中继联合的迫零预编码,然后将基站与多用户之间等效为一个点到多点的MIMO信道,采用最大化信漏噪比的预编码方法,在发射端进一步消除用户间的干扰,同时避免了噪声放大的影响,进而通过中继端预编码与发射端预编码的多次迭代,更好地保持了多中继并行传输引入空间分集所带来的性能优势,有效地抑制了用户间干扰,获得了更高的系统和容量。

多中继协作空间调制的中继选择及性能分析

针对多中继协作空间调制(SM)系统中的中继选择问题,提出一种基于中继节点位置的选择方案,并将该方案应用于系统中,对系统的误比特率(BER)性能进行了分析。该系统在源节点使用SM技术,每一时隙仅激活一根发射天线,并基于中继节点的位置信息,在全部中继中选择最接近源节点和目的节点间中点的一个放大转发(AF)中继进行转发。运用矩生成函数法推导了该系统在瑞利衰落信道下成对错误概率的解,并由此给出了系统的理论BER。仿真结果表明,与随机选择和循环转发中继的方法相比,该中继选择方法能够在系统中获得更好的BER性能。

改进蛙跳算法的多中继协作系统最优功率分配

协作通信与直接通信相比能够显著地提高系统性能,功率分配是协作通信中的一个关键问题。为了获得合理的协作中继通信系统功率分配方案,提出一种基于改进蛙跳算法的多中继节点功率分配方法。首先对功率分配问题进行分析,将其转换为一个非线性优化问题,然后将青蛙表示为源节点,中继节点的功率,以平均信噪比作为青蛙的食物,并通过青蛙的信息交流和协作找到最优的功率分配方案,最后采用仿真对比实验对本文算法性能进行测试。仿真结果表明,相对于其它功率分配方法,改进蛙跳算法有效地提高了系统的信道容量,降低了中断概率,以较低的复杂度提高了系统的性能。

MIMO多中继辅助通信中的优化调度

针对中继辅助通信系统,讨论了多中继并行传输下的优化设计问题,提出了一种简化的线性优化方案,并从多用户分集的角度,在等待服务用户中选择中继协作分集增益较大的用户对其进行服务。这种方案巧妙地减少了由于多中继并行传输所造成的用户间干扰,保持了多中继并行传输引入的空间分集所带来的性能优势,达到了提高系统总吞吐量的目的。

无线多中继系统中判决门限辅助的快速Z转发协作

针对Z向转发(ZF)协作所有中继节点均参与协作转发导致的能耗利用不合理问题,该文提出了一种适用于多中继场景下的门限辅助判决快速Z转发(DT-FZF)协作。当中继节点处接收信号对数似然比(LLR)的绝对值小于门限时,中继节点不参与协作转发;否则中继节点协作转发经截断后的对数似然比(LLR)。放大转发(AF)、译码转发(DF)、分段转发(PF)和ZF协作可看作DT-FZF协作的特殊情况。在三中继系统,误比特率(BER)为10–3时,相比ZF协作,所提协作可获得约0.8 dB的性能增益。

两跳放大转发中继网络中的ε-全局最优多中继选择策略

研究了并行两跳放大转发中继网络中的多中继选择策略问题。以接收端的信噪比(signal-to-noiseratio,SNR)最大化为目标,该问题首先被规划为0-1非线性整数规划问题,这是一个NP-hard问题,其最优解只可以通过穷举方法得到,但是对于节点数量很大的网络,低效的穷举方法是无法容忍的。基于分支定界(branch-and-bound)框架并结合线性变形放松技术(reformulation-linearization technique,RLT),提出了一种ε-全局最优的多中继选择策略。仿真结果表明该方法能很好地以预定精度ε逼近全局最优解。通过此方法得到的性能可以作为其他算法的参考基准。