基于环境反向散射的无线携能通信系统性能研究

作     者：周静 

作者单位：广西民族大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗丽平

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

主      题：环境反向散射 无线携能通信 非正交多址 中断概率 吞吐量 能量效率 

摘      要：随着物联网和无线通信技术的发展,海量的无线设备会被部署到无线通信网络中,以实现人与人、人与物、物与物间的通信和数据处理。海量的连接需要大量的能源和频谱资源支撑。环境反向散射(Ambient Backscatter,AB)技术可以利用环境中现存的无线信号作为载波信号通过标签将自身信号散射出去,不需要额外的频谱资源和能量,具有低能耗的优势。同时,无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术能从射频信号中收集能量为系统所用,能有效缓解系统的供能压力。因此,将AB与SWIPT技术相结合,将极大地降低通信系统的能耗。此外,非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术能有效提升频谱效率,因而广泛使用在SWIPT系统中。本文针对基于AB的SWIPT通信系统,应用协作中继和NOMA技术,以提高系统的可靠性和有效性。主要工作内容如下:(一)针对基于AB的SWIPT协作中继系统,考虑通过散射链路协助中继节点与次要节点进行通信,对中继系统(主系统)和环境反向散射系统(次系统),分别推导了中断概率的封闭表达式,分析了不同的系统参数对系统性能的影响,并通过仿真验证理论推导的正确性。为了体现AB技术为系统带来的性能增益,与传统SWIPT协作中继网络进行比较,结果表明,基于AB的SWIPT协作中继系统在系统吞吐量、能量效率等性能上得到了显著的提升。(二)针对基于AB的SWIPT-NOMA系统,考虑到NOMA系统中近用户分配到的功率较少,通过散射链路协助近用户通信,推导出了远、近用户中断概率的封闭表达式,分析了不同参数对系统中断性能的影响,并通过仿真实验验证理论推导的正确性。另一方面,比较了AB-SWIPT-NOMA通信系统与SWIPT-NOMA通信系统和SWIPT-OMA通信系统的性能,结果表明,NOMA技术能有效的提高通信可靠性,环境反向散射技术能有效提高系统的能量效率。