基于对数正态衰落信道的室内无线供电传感器网络性能研究

Electromagnetic waves can carry both information and energy. In recent years, communication technologies based on simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) have received much attention and this technology enables communication nodes to have an infinite life in theory. An important area for the future application of wireless power transfer (WPT) technology is the wireless sensor network. At present, most studies in the field of wireless power transfer are based on the Rayleigh fading or Nakagami-m fading channels which both are suitable for outdoor long-distance communication. The indoor wireless sensor network is suitable for log-normal fading channel. There are few studies in this field in the literature at present. The project mainly studies the performance of indoor wireless sensor network, including: 1. The ergodic outage probability of indoor WPSN when adopting hybrid transmission protocol; 2. The outage probability and outage capacity of indoor WPSN with two-way relay; 3. The research on the performance of indoor WPSN in interference environment with single-node relay; 4. The outage probability and diversity-multiplexing tradeoff (DMT) of indoor WPSN in interference environment adopting different relay selection strategies. In the above research, the relay node can adopt amplify-and-forward (AF) or decode-and-forward (DF) mode when retransmitting information, and can choose power splitting relaying (PSR) or time switching relaying (TSR) when harvesting energy. Through the research of this project, it will provide the theoretical foundation for the application of indoor wireless powered sensor network.

电磁波能同时携载信息和能量。近年来，无线信息和能量同时传输的通信技术受到了人们的重视，该技术可使通信节点理论上具有无限寿命。无线传感器网络未来将会是无线能量传输技术应用的重要领域。目前在无线能量传输领域，大部分研究都基于室外远距离通信时的瑞利衰落信道和Nakagami-m信道。室内无线供电传感器网络适用对数正态衰落信道，目前国际上相关研究很少。本项目主要研究室内无线供电传感器网络的性能，内容包括：1.采用混合传输协议时室内WPSN的遍历中断概率；2.双向通信时室内WPSN的中断概率及中断容量；3.干扰环境中单节点中继时室内WPSN的性能研究；4.干扰环境中室内WPSN采用不同中继策略时系统的中断概率和分集与多路复用折中性能研究。上述研究内容中，中继节点转发模式可采用放大转发或者译码转发，能量采集可选择功率分割协议或者时间交替协议。通过本项目的研究，为室内无线供电传感网络的应用奠定理论基础。

电磁波能同时携载信息和能量。近年来，无线信息和能量同时传输的通信技术（简称为无线携能通信）受到了人们的重视。传感器网络未来将会是无线携能通信的重要应用领域。目前在无线携能通信领域，大部分研究都基于适用于室外远距离通信时的瑞利衰落信道和Nakagami信道。室内传感器网络适用于对数正态衰落信道，目前国际上关于这方面的研究很少。本项目主要研究了室内无线供电传感器网络（Wireless Powered Sensor Network，WPSN）的性能，内容包括：1. 中继节点采用混合传输协议时，室内WPSN的遍历中断概率；2. 双向通信时，中继节点处采用放大转发或译码转发时，室内WPSN的中断概率及中断容量；3.干扰环境中单节点中继时室内WPSN的性能研究。在上述研究中，信道采用对数正态衰落模型。以此为基础，推导了相应性能指标的闭式解并研究了关键参数对系统性能的影响。此外，在本项目的支持下，还展开了无线携能通信系统、基于无线携能通信的非正交多址通信系统以及反向散射通信系统的性能研究工作，内容主要有：1. 无线携能通信系统中最优动态功率分割因子的设计及相应的中断概率和遍历容量；2. 基于无线携能通信的协作非正交多址通信系统中、通过设计合适的功率分割因子和功率分配系数提升近端用户性能，从而改善系统公平性；3. 增量中继协议在基于无线携能通信的协作非正交多址通信系统中的性能；4. 拥有多个标签的反向散射通信系统中，标签选择机制的性能研究。通过本项目的研究，可为相应系统的实际应用提供理论支持。