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%。

认知物联网中继传感节点最小功耗布置方法研究

物联网数据传输过程中,中继传感节点能量不足或者能量消耗过多将导致部分节点失效,降低物联网的使用寿命。为解决这一问题,提出认知物联网中继传感节点最小功耗布置方法。根据中继节点结构特征、有向加权图,建立数据传输功耗的数学模型;以最小功耗布置为目的,制定数据流向、通信容量、数据最大传输次数的约束条件,阻止中继节点逆向传输,使节点满足通信容量范围的同时,避免出现逐条传输数据的事件;引入贪婪算法布置中继传感节点,实现中继传感节点最小功耗布置。仿真结果表明,所提方法的中继传感节点布置最大功耗为17.58 J;在传感节点分布密度为370个/m^(3)时,中继节点布置数量为126个;在11.9 s内即可完成150个中继节点的布置。

OFDM-UAV中继广播通信系统航迹优化方法

为了提高无人机中继广播通信系统的性能,针对频率选择性衰落信道,考虑基站到无人机以及无人机到用户的全通信链路,提出了基于正交频分复用(OFDM)技术的无人机中继广播通信系统航迹优化方法。首先提出了基于OFDM的无人机中继广播通信传输模型,对单用户节点中断概率和系统平均中断概率进行理论分析并给出近似计算公式;然后以平均中断概率最小化和最大用户中断概率最小化为优化准则,提出无人机的航迹优化方法并分析了各因素对系统中断性能的影响;最后通过计算机仿真,证明了所提航迹优化方法正确有效。研究表明:在多径信道下,基于OFDM的无人机中继广播通信系统能有效克服频率选择性衰落,且译码转发方式下的连通性优于放大转发方式;基于平均中断概率最小化准则得到的系统中断性能优于最大用户中断概率最小化准则。

随钻中继式电磁波传输技术及应用研究

针对随钻条件下无线电磁波传输技术信号衰减大、传播距离短、信号频率低以及传输速率慢的难题,文章设计了基于准横电磁波(Transverse Electromagnetic Wave,TEM)激励模式的随钻中继式电磁波传输技术。该技术以钻杆作为传输载体,将电磁波在井内的随钻传输模型类比同轴线传输模型,通过使用多组载波频率,在提高传输速率的同时,利用中继接力扩展传输距离。该技术已通过不同地层环境的现场验证,是井下数据传输未来发展的重要方向。

禁飞区约束的CSTBC无人机中继通信系统航迹优化

中继无人机的飞行路径对无人机中继通信系统的链路传输可靠性具有重要影响。为提高无人机中继通信系统链路传输的可靠性,提出协作空时分组编码(CSTBC)无人机中继通信方案,并以链路中断概率最小化准则为基础,提出中继无人机的航迹优化方法;理论分析给出系统遍历容量和分集增益;为保障中继无人机飞行安全,并获取信道的分集增益,提出无人机禁飞区规避方法。结果表明:协作空时分组编码无人机中继通信系统可充分获取信道的分集增益,改善无人机中继通信系统链路传输的可靠性。

基于自编码器的动态协作中继系统

鉴于大多数现有端到端自编码器(AE)仅适用于点对点的通信场景,提出一种基于AE的动态协作通信系统,将基于深度学习的AE扩展到多点通信系统。构建了3个神经网络子系统,分别用于学习发送端、中继节点和接收端的最佳编码、传输和解码,通过三者的联合训练达到多点通信系统的最佳传输性能。其中,发送端和接收端使用一维卷积层进行信号特征的提取及学习,中继节点通过引入密集层和一维卷积层,支持放大转发(AF)和解码转发(DF)两种经典的中继协作方式。仿真实验表明,在加性高斯白噪声以及瑞利衰落信道条件下,提出的模型采用两种不同的协作方式,其误码性能均优于单一点到点通信系统,验证了系统方案的可行性和有效性。此外,该系统支持动态的节点拓扑结构,在无需额外训练的条件下,本系统支持中继节点数量实时变化。

神经元中继器——新专业名词浅析

当成年哺乳动物发生严重脊髓损伤后,皮质脊髓束等下行神经纤维(轴突)是很难长距离跨越损伤处再生长,导致损伤处以下的瘫痪肢体的运动功能难以恢复。30多年前,有学者首次在脊髓损伤处成功移植了胚胎脊髓组织,并期待移植组织可以修复受损伤的脊髓结构和功能。由此,迈出了形成神经元中继器(neuronal relay)理念的第一步;设想通过移植同源性胚胎神经元在脊髓损伤处起到“手拉手接驳”中继上、下行神经传导通路的作用。

多用户协作NOMA系统中的最优中继选择策略

在多用户协作非正交多址接入(NOMA)系统中,针对传统中继转发方式单一,中断性能较差的问题,提出了一种基于混合译码/放大转发(HDAF)协议的改进式最优中继选择策略.该策略以中继能否成功解码信号为依据,将多个中继划分为DF候选中继子集与AF候选中继子集,并选出其中接收信噪比最高的中继参与协作.为了进一步提升系统的通信性能,本文还引入自动重传(ARQ)技术,提出了一种基于增量混合译码/放大转发(IHDAF)协议的中继选择策略.分别推导了两种策略下系统中断概率的闭式表达,并通过蒙特卡罗实验对不同策略的中断概率进行了仿真.结果表明,本文所提的两种策略相比于传统策略能够获得更低的中断概率,特别是IHDAF中继选择策略始终可以实现更佳的中断性能.

无线紫外光与射频混合链路中继协作方案性能分析

将无线紫外光通信与传统射频通信进行优势互补结合,针对双链路异构组网时的中继协作混合传输问题,采用建模与数值计算分析的方法,对比分析了不同策略和参数条件下系统的中断概率和误码率性能。基于无线紫外非直视散射信道和射频无线衰落信道的各自特点,建立了描述双链路并行传输中继与协作问题的模型,给出了3种典型情况下的传输策略。通过理论分析和数值计算的方法,给出了不同策略下混合链路中继的中断概率和误码率表达式,并在不同信道参数条件下对系统性能进行了对比分析。研究结果表明,相比于无线紫外光单链路传输,混合链路的中继协作策略在不同距离和不同参量条件下获得更低的系统中断概率。在误码率为1×10^(-6)条件下,双链路中继传输可以在不同湍流强度和不同莱斯因子情况下可获得约0.4~6.1 dB的信噪比增益改善。

5G超密集网络绿色中继算法研究

文章针对轻载蜂窝网络中待转移移动台在切换中继接入点过程中存在的能耗管控问题,提出一种服务质量级的5G超密集网络绿色中继算法。该算法通过识别中继站及中继网络类型来制定基于信道差异化的绿色中继方案。所制定的方案有效地约束了设备到设备数据通信全信道、中继站以及移动台的能耗。同时引入载荷评估机制并通过最优速率接入函数从最优中继信道中再次筛选出更优中继方案,有效地规避了待转移移动台接入点切换后全网载荷失衡的风险。实验结果表明,绿色中继算法可在确保设备到设备数据通信服务质量的同时实现能耗最优管理。在覆盖范围越大、移动台越多的5G超密集网络中,算法能耗管理优势越加明显。

基于人工神经网络的D2D通信中继优化选择方法研究

在中继选择过程中,考虑不同信号参数的重要性,综合考虑信号强度、信道状态、距离、能源等因素,可以快速、准确地确定最佳的中继节点,提供更稳定、可靠的D2D通信服务。为此引入人工神经网络算法,对中继选择过程中的参量进行针对性优化。首先,建立D2D通信中继系统模型,并完成最优功率分配计算;然后,在优化中继信号的权重后,基于人工神经网络完成D2D通信中继优化选择。仿真实验表明:应用此方法后,D2D通信中继选择速度更快、准确性更高,D2D通信信号质量更优。

基于粒子群优化算法的媒体中继选择策略

在大规模的流媒体业务中,媒体中继主要负责分发流。当被选择的媒体中继性能状态不好时,会影响到用户体验质量。为解决上述问题,文章提出了一种基于粒子群优化算法的中继选择策略。该算法首先在Logistic映射基础上,优化粒子位置,并将迭代次数作为算法中惯性权重的影响因子,优化了粒子群算法中的位置更新公式与速度更新公式。通过仿真实验结果与其他粒子群算法的实验结果进行对比,验证了该文提出的算法能够有效的提升对媒体中继择优概率。

基于莱斯信道的大规模MIMO协作中继网络设计与优化

随着移动通信技术的不断发展,大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统被广泛应用于提高网络容量和性能。而协作中继网络作为一种有效提高通信覆盖能力和网络容量的手段,也受到越来越多的关注。文章基于莱斯信道模型,针对大规模MIMO协作中继网络进行设计与优化,旨在提升网络的可靠性和传输效率。通过对信道特性的分析和系统参数的优化,可以实现更好的性能表现。

基于垂直中继的U型高压线路无线供电系统设计

为解决110 kV输电线路杆塔侧在线监测设备的供电问题,文中提出一种基于垂直中继的U型高压线路无线供电系统。首先结合互感耦合理论与有限元仿真,提出U型无线供电系统的整体设计方案,实现杆塔侧在线监测设备长距离、大功率、高效率、宽频带的无线供电。在此基础上建立系统级仿真模型,对U型无线供电系统的距离特性、频率特性、负载特性及电磁分布特性进行分析,验证了设计方案的可行性和电磁兼容性。最后搭建实验平台,在600 kHz的工作频率和1.2 m的传输距离下,系统输出功率达到73.58 W,能够满足杆塔侧在线监测设备的实际功率需求,为无线电能传输技术在高压设备供电领域的应用提供了参考依据。

数据中继卫星系统体系综述

自20世纪70年代美国开始发展“跟踪与数据中继卫星系统”(TDRSS)以来,数据中继卫星系统已历经50余年的发展。俄罗斯、中国、欧洲等航天国家/地区根据其政治、经济、地理等国情及航天探索发展规划,分别发展出技术体制与形态各异的数据中继卫星系统。同时,随着人类探索太空的脚步迈向深空,地月空间、地火空间的测控与数据中继设施建设也未曾止步。2024年3月20日,探月工程四期鹊桥二号中继星在中国文昌航天发射场成功发射升空,鹊桥二号中继星作为探月工程四期后续的“关键一环”,将架设地月新“鹊桥”,中国数据中继卫星家族进一步发展壮大。本文回顾了各国/地区数据中继卫星系统发展概况,并对深空数据中继卫星体系展开介绍。

基于无线衰落的SIMO中继网络物理层安全性能分析

针对单输入多输出(Single Input Multiple Output, SIMO)可以提高系统传输速度和信道容量以及中继网络能够扩充传输范围和提升系统可靠性的特点,研究了瑞利衰落信道模型下SIMO中继系统的物理层安全(Physical Layer Security, PLS)性能。以Wyner窃听模型为基础构建了SIMO中继网络,推导出的安全中断概率(Secure Outage Probability, SOP)和严格正保密容量概率(Strictly Positive Secrecy Capacity, SPSC)的闭合理论式均以统一的函数表示,并根据合法端与窃听端的不同天线数量分成了2种场景进行分析。用蒙特卡洛仿真验证了推导的理论公式的正确性。实验表明,通过提高合法链路的信噪比、降低窃听链路的信噪比、减小阈值和增加用户端的天线数量均可以有效提升SIMO系统的防窃听能力。

多层中继网络通信时延高容忍度控制算法仿真

在中继网络通信过程的高斯白噪声影响下,输入信号会产生相位偏转,即信号时延。通信时延不仅会降低网络稳定性,还会浪费信道信息资源。提出多层中继网络通信时延高容忍度控制算法。利用相似原则计算多层中继网络通信最大损耗能量,在能量限制下变换带有信息的节点值,分析通信信息源传输数据情况,将时延控制问题转变为最优概率求解,确保通信数据的传输成功率。根据网络模型计算最佳网络分簇个数,获得簇内节点数据通信周期损耗的能量,按照节点密度确定确实际节点通信半径,利用蚁群算法将全部簇头聚集至节点代价最低的多跳路由,实现多层中继网络通信时延的高容忍度控制。实验结果表明,随着通信信息缓存量的增多,研究方法的通信信息投递率仍可达到0.40,通信网络开销可控制在300J以内,最低时延能够控制在12ms,远远低于其它算法,且研究方法应用下通信网络丢包率更低,实验结果验证了上述方法的应用优势明显,实用性更好。

广义Gamma分布弱湍流环境含指向误差串行中继水下无线光通信系统误码性能分析

鉴于目前普遍选用的水下弱湍流模型无法准确拟合实测数据的缺陷,选取经实验测试验证的广义Gamma分布来表征海洋弱湍流,以期合理评估受湍流等因素影响的水下无线光通信系统的误码性能。提出一种包含广义Gamma分布弱湍流、零/非零视轴指向误差以及无衰落信道冲激响应隐路径损耗和多径效应的混合衰落信道模型,据此推导混合衰落串行中继无线光通信系统平均误码率的数学闭型表达;通过数值仿真验证所推导的误码率理论表达式的准确性,并考察不同系统核心参数对误码率的影响。研究结果表明:串行中继节点的引入可有效提高系统的误码性能,以零视轴指向误差、最终传输距离达45 m、误码率需求10-3为例,引入1至3个串行中继节点后,系统从一开始的无法工作,变为所需的发射功率分别降低至24 dBm、12 dBm和6 dBm;而光源初始发散角增大导致的无衰落信道冲激响应时延扩展,即符号间干扰,则会严重降低此性能改善。

无人机激光中继重定向能量传输装置的聚焦策略及效果分析

地面激光系统由于障碍物遮蔽和光束传输发散,实际毁伤效果不够理想。利用无人机平台,可以对目标进行抵近照射。但是普通无人机负载能力小,无法悬挂满足功率要求的激光器,限制了激光系统应用。为克服现有激光系统应用和无人机负载能力方面存在的不足,基于无人机折转光路这一能量传输方式,设计一种无人机激光中继重定向能量传输装置及其相配套的地面部分,讨论不同聚焦策略,并针对不同聚焦策略给出仿真条件下系统效能分析,可以为激光系统折转照射和机动部署探索一条新途径。

IRS和UAV-IRS共同辅助中继网络公平下行通信方案

针对长距离中继通信系统中地面用户(ground user,GU)公平性不足和系统灵活性不高的问题,提出一种智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)和机载智能反射面(unmanned aerial vehicle-IRS,UAV-IRS)共同辅助的中继网络多用户公平下行通信传输方案。为实现该中继网络下行链路的通信公平,通过联合优化系统通信调度、系统时隙分配参数、IRS和UAV-IRS反射相移矩阵以及UAV-IRS飞行轨迹来最大化系统用户最小吞吐量。由于该优化问题是非凸问题,将优化问题分解为4个非凸子问题,引入线性规划(linear programming,LP)、松弛变量和连续凸近似(successive convex approximations,SCA)等方法分别对4个子问题进行求解,通过交替优化(alternating optimization,AO)算法得到原非凸问题的近似解。仿真结果表明,所提方案在有效提升系统用户最小吞吐量的同时保障了多用户通信的公平性,并发现系统用户最小吞吐量与IRS和UAV-IRS的反射元件数量、UAV-IRS飞行轨迹以及IRS和中继所处地理位置等因素有关。