[00124962]同频干扰下无线携能认知OFDM协作通信系统设计及其关键技术研究

本课题属于技术开发及产业化类广东省科技计划项目,属通信设备与移动通信技术领域的电子信息关键技术专题;支持的专项资金类别为公益研究与能力建设,业务类型为工业高新技术领域。 近年来,个人医疗保健、智能交通管理、环境监控等传感网的应用需求大量增加,这些低功率节点的能耗问题备受关注。从环境中采集新能源来补充低功耗节点的能量可以大幅度延长这些自组织网络的生存时间,比如太阳能、风能等。与这些传统的新能源相比,环境中无处不在的RF射频能量是一种新型的新能源。由于RF射频能量的可持续性与功率可控性,在网络的可靠性上它比传统新能源更具优势。同时,RF射频信号可以被硅整流二极管天线接收后通过适当的电路转换为直流信号,这使得RF射频能量采集可以在不远的将来成为现实。此外,由于无线电磁波可以在传输信息的同时承载能量,所以,RF射频能量还具备传统新能源不具备的优势,即可以进行能量与信息的并行传输,由此产生了一种新的无线通信技术——无线携能通信。 另一方面,认知无线电技术可有效地解决当前无线频谱资源日益紧缺问题,但为保证主用户通信质量,次用户传输受到各种限制,系统性能提升具有很大难度。协作中继可显著改善认知次用户的性能,但协作中继转发数据信息需消耗额外的能量,当中继电池容量受限时,协作中继的应用将受到很大限制。本项目基于无线携能通信技术,针对同频干扰环境下的宽带认知OFDM协作中继系统,研究可解决中继能量受限问题的系统设计方案和资源分配优化算法,为宽带认知无线电系统的推广和应用提供有效的解决方案。 与已有研究通常把系统优化作为提高系统性能的基本手段相比,本课题通过研发高效的中继能量接收机和为不同应用场景的认知OFDM协作中继系统设计专用的无线携能通信协议,为系统优化提供高效的系统模型,从而有效提升系统性能。 课题研究的主要创新点如下： （1）基于无线携能通信的无线通信新技术,并结合OFDM技术,解决宽带认知协作中继系统应用中的中继能量受限瓶颈问题,研究内容新颖,研究结果可有效推动认知无线电系统的推广和应用,解决当前无线通信频谱日益短缺问题,具有很强的针对性。 （2）针对不同应用场景的OFDM无线携能协作通信系统和存在同频干扰下的无线携能协作通信系统,提出了无线携能协作通信的新协议。在这些协议中,可以增加中继收集的能量,并且高效地利用收集的能量传输信息。 （3）在提出的新协议下,建立了相应的系统优化问题数学模型。这些优化问题都具有高度的非凸性,因此求解具有很大的挑战性。本项目利用数学变换、拟凸优化、分式凸规划、连续凸优化、动态规划等优化手段和工具,对相应的非凸优化进行了求解。这些方法的使用,为无线通信系统优化提供了新的思路。 基于本课题的研究成果,项目组将结合信息缓冲技术和电池辅助技术,研究进一步提升同频干扰下的无线携能OFDM协作通信系统性能的改进方案,有望可进一步促进相关技术在新一代无线通信网络的推广和应用。