基于无线供能的缓冲中继系统传输方法研究

As a promising technology to satisfy the "high transmission rate and energy sustainable" requirements of next generation communication networks, wireless-powered buffer-aided relaying system has attracted the attention of the academic researchers in recent years. By taking the advantages of wireless-powered relaying and buffer-aided relaying technologies, it can dynamically select the communication link in each time slot and thus further improve the spectral and energy efficiency of the relaying systems. While it has so many advantages, it also brings some challenges for the relaying system, e.g., the information delay and channel state information feedback problems. To tackle these challenges and to design transmission schemes with high energy and spectral efficiency, this proposal focuses on the following three main research topics: 1) Designing transmission schemes with high energy and spectral efficiency for system without delay constraint; 2) Taking information delay constraint into consideration, designing high energy and spectral efficiency transmission schemes; 3) Designing robust communication approach for system with channel state information error. The dominating objective of this proposal is to develop systematic research methodology and theoretical system for wireless-powered buffer-aided relaying systems, which can be employed to significantly improve the research progress on the next generation green communication system, and this proposal also aims to output a number of high-quality research results.

基于无线供能的缓冲中继系统结合了无线供能和缓冲中继技术的优点，打破了传统中继系统固定时序的传输方式，进一步提高了系统的频谱和能量效率，为下一代无线通信实现“高速率、能量可持续”目标提供了一条潜在的、有希望的解决途径，是目前国内外研究的一项热门新兴技术。本项目充分考虑无线供能缓冲中继系统所面临的时延控制、信道反馈等问题，以最大化系统频谱或能量效率为目的，为系统设计高效的传输方案。主要研究内容为：1）时延不受限的无线供能缓冲中继系统高效率传输方案设计，2）考虑信息时延限制，为无线供能缓冲中继系统设计高频谱和能量效率的通信策略，3）在不能获得准确信道信息情形下，鲁棒性通信方案设计。本项目旨在构建完善的无线供能缓冲中继系统的研究方法与理论体系，为下一代绿色通信系统的的实现提供理论与技术支撑，同时取得一批高质量的研究成果。

随着移动互联网和智能移动终端的迅速发展，无线网络及其业务量呈现爆炸式的增长,同时,信息与通信技术领域对能源的消耗也变得越来越多。无线通信领域正面临着频谱资源匮乏和能耗过大的双重压力。本项目成功结合无线供应(能量收集)与缓冲中继通信技术，提出了新型的无线供能通信系统，并探讨了系统资源最优调度与能量管理方案。具体地说，我们的研究工作包括以下四个方面：1）我们考虑无人机作为缓冲中继节点，利用其易于部署、移动性可控特点，我们提出了基于信道相对质量的动态模式选择的无人机传输策略，在有限能量供应的条件下，最大化系统的吞吐率。2）考虑到有能量存储系统是一个有记忆系统，我们将强化学习的方法应用于能量吸收缓冲中继系统，在考虑信息传输时延限制条件下，提出了基于数据驱动的能量管理和自适应通信模式选择方法。3）在实际强化学习方法的实现时，会出现系统的状态和动作空间随通信节点和信道规模呈指数增长的情况，为此我们提出了基于知识信息辅助的将强化学习方法，有效的提高了框架训练的效率，改善了通信策略的质量。4）考虑到无线能量传输(能量吸收)的稀缺性(能量较少)和硬件的能量消耗，我们为系统设计了新型基带信号，采用空间调制的方式在降低节点能耗的同时也降低了系统的误码率。综上，利用无线供能(能量吸收)技术，我们的研究就如何有效的进行信息传输和如何高效地利用有限的能量两个方面展开优化研究，提出了一整套完整的无线供能(能量吸收)中继系统的设计方案与理论框架。本项目的研究成果能够提供更加智能与高效的无线连接，我们预见这些成果将在未来智慧城市的建设中发挥重大作用。