无线携能网络中安全能量效率与可用能源规划问题研究
在无线携能通信(SimultaneousWirelessInformationandPowerTransfer,SWIPT)网络中，本文分别研究了下行多输入单输出(Multiple-InputSigle-Output,MISO)网络中的能效最大化和保密能耗最小化的优化问题，基于两种改进的群智能优化算法解决了所构造的非凸优化问题。 首先，本文在非线性能量接收模型下提出了一种新的能量接收机制，有效避免了能量接收机进入饱和区的问题，同时解决了能量转换过程的假性输出问题。考虑到现实中发射机仅能获得信道统计信息的情况，为了获取信息传输和能量消耗的动态关系，本文采用了动态能量消耗模型。在信息中断概率、总可用功率以及授权用户可用功率的约束下，设计了系统能效最大化的优化问题。由于目标函数为分数形式且优化问题非凸，为了简化计算和求解过程，本文提出了一种改进的教与学优化算法(Teaching-Learning-BasedOptimization,TLBO)。在改进的TLBO算法理论框架内，通过联合优化波束成形向量、能量分割比率和传输速率，设计了以最大化系统能量效率为目标函数的优化问题。仿真实验表明了所提能效优化方案的有效性和所提算法的可靠性。 其次，在多用户下行MISO网络中，为了防止授权用户信息被网络中的空闲用户窃取，本文在波束成形向量中叠加了人工噪声(ArtificialNoise,AN)。在最小化总传输功率的目标下，联合优化信息传输的波束成形向量、空闲用户能量接收的功率分流比和人工噪声的协方差矩阵，达到保密能量资源合理分配的目的。针对所构造的非凸优化问题，提出了改进的鲸鱼优化算法(WhaleOptimizationAlgorithm,WOA)，增强了探索阶段和开发阶段之间的平衡能力的前提下设计解决了保密能耗最小化问题。仿真结果表明，所提出的保密信息能量优化问题在非线性接收模型下具有一定的现实意义，改进后的WOA算法比选定的其他群智能算法有更佳的网络性能。
无线携能通信;能量效率;能源规划;人工噪声;优化算法
河北工程大学
硕士
信息与通信工程
薛亮
2022
中文
TN925
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）