智能反射面輔助的兩跳中繼無線供電通信網(wǎng)絡吞吐量最大化研究

智能反射面輔助的兩跳中繼無線供電通信網(wǎng)絡吞吐量最大化研究匯報人：AA2024-01-23目錄CONTENTS引言智能反射面輔助通信技術兩跳中繼無線供電通信網(wǎng)絡模型基于智能反射面優(yōu)化的吞吐量提升方法多用戶場景下吞吐量最大化研究總結與展望01引言CHAPTER無線通信網(wǎng)絡發(fā)展迅速，智能反射面作為一種新興技術，可通過調控電磁波傳播環(huán)境提高通信性能，具有廣闊應用前景。無線供電通信網(wǎng)絡（WPCN）通過無線方式為節(jié)點供電并進行信息傳輸，是實現(xiàn)綠色通信的重要手段。將智能反射面引入兩跳中繼WPCN中，可通過優(yōu)化反射面參數(shù)提高網(wǎng)絡吞吐量，對于提升無線通信系統(tǒng)性能具有重要意義。研究背景與意義國內外學者在智能反射面輔助無線通信方面已取得一定研究成果，如信道建模、性能分析等。兩跳中繼WPCN作為一種特殊網(wǎng)絡結構，在擴大通信覆蓋范圍、提高能量效率等方面具有優(yōu)勢，相關研究逐漸受到關注。目前關于智能反射面輔助兩跳中繼WPCN吞吐量最大化的研究尚處于起步階段，需要進一步探索和優(yōu)化。國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢本文主要研究內容及創(chuàng)新點01研究智能反射面輔助兩跳中繼WPCN的吞吐量最大化問題，建立相應的數(shù)學模型。02提出一種基于交替優(yōu)化的算法，通過迭代優(yōu)化反射面參數(shù)和中繼節(jié)點位置，實現(xiàn)網(wǎng)絡吞吐量最大化。03通過仿真實驗驗證所提算法的有效性，并與其他算法進行對比分析。04創(chuàng)新點在于將智能反射面技術應用于兩跳中繼WPCN中，并提出了一種有效的吞吐量最大化算法。02智能反射面輔助通信技術CHAPTER基本原理被動反射可編程控制高增益智能反射面基本原理與特點智能反射面不需要額外的射頻鏈路和功率放大器，僅通過被動反射實現(xiàn)信號增強。智能反射面的反射系數(shù)可以通過編程控制，實現(xiàn)對不同用戶、不同場景的靈活適配。通過優(yōu)化反射面的幅度和相位，可以實現(xiàn)較高的信號增益，提高通信質量。智能反射面通過控制反射單元的幅度和相位，實現(xiàn)對入射信號的智能反射，從而改變信號的傳播路徑和增強接收信號功率。智能反射面可以部署在基站或用戶附近，通過反射信號擴大覆蓋范圍，提高邊緣用戶的通信質量。擴大覆蓋范圍增強信號功率抑制干擾智能反射面可以通過優(yōu)化反射系數(shù)，將信號聚焦到目標用戶，提高接收信號功率。智能反射面可以通過調整反射系數(shù)，將干擾信號反射到其他方向，降低對目標用戶的干擾。030201智能反射面在無線通信中應用建立準確的智能反射面信道模型是研究和優(yōu)化的基礎。通過優(yōu)化算法設計合理的反射系數(shù)，實現(xiàn)信號增強和干擾抑制。關鍵技術與挑戰(zhàn)反射系數(shù)優(yōu)化信道建模多用戶調度：在多用戶場景下，需要設計合理的用戶調度算法，實現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量的最大化。關鍵技術與挑戰(zhàn)多智能反射面協(xié)作多個智能反射面之間的協(xié)作可以進一步提高系統(tǒng)性能，但如何實現(xiàn)多個智能反射面之間的協(xié)同優(yōu)化是一個難題。硬件實現(xiàn)與成本控制智能反射面的硬件實現(xiàn)和成本控制是實際應用中需要考慮的問題。信道狀態(tài)信息獲取智能反射面的性能依賴于準確的信道狀態(tài)信息，如何獲取實時、準確的信道狀態(tài)信息是一個挑戰(zhàn)。關鍵技術與挑戰(zhàn)03兩跳中繼無線供電通信網(wǎng)絡模型CHAPTER網(wǎng)絡拓撲結構與工作原理網(wǎng)絡拓撲結構包括源節(jié)點、中繼節(jié)點和目的節(jié)點，形成兩跳中繼的通信鏈路。工作原理源節(jié)點通過無線方式為中繼節(jié)點供電，中繼節(jié)點在收集到能量后，將信息轉發(fā)至目的節(jié)點。采用時間分配或功率分配的方式，優(yōu)化中繼節(jié)點的能量收集效率。能量收集策略根據(jù)信道狀態(tài)信息和能量收集情況，動態(tài)調整源節(jié)點和中繼節(jié)點的傳輸功率和速率。傳輸策略設計能量收集與傳輸策略設計單位時間內成功傳輸?shù)男畔⒘?，是衡量網(wǎng)絡性能的重要指標。吞吐量定義包括信道狀態(tài)、能量收集效率、傳輸策略等。性能影響因素通過優(yōu)化能量收集與傳輸策略，提高網(wǎng)絡吞吐量性能。性能優(yōu)化方法吞吐量性能分析04基于智能反射面優(yōu)化的吞吐量提升方法CHAPTER部署位置選擇通過分析和比較不同部署位置對通信性能的影響，選擇最佳部署位置以最大化吞吐量。反射面形狀設計針對特定應用場景和需求，設計合適的反射面形狀，如平面、曲面等，以優(yōu)化信號反射效果。多反射面協(xié)同研究多個智能反射面之間的協(xié)同工作機制，通過合理布局和調度，進一步提高網(wǎng)絡吞吐量。智能反射面部署策略優(yōu)化03聯(lián)合優(yōu)化方法綜合考慮波束成形和功率分配兩個因素，提出聯(lián)合優(yōu)化方法，進一步提高網(wǎng)絡性能。01波束成形算法設計針對智能反射面的特性，設計高效的波束成形算法，實現(xiàn)信號的最佳反射和聚焦。02功率分配策略研究合理的功率分配策略，根據(jù)信道狀態(tài)信息和用戶需求，動態(tài)調整發(fā)射功率和反射功率，以最大化系統(tǒng)吞吐量。波束成形與功率分配聯(lián)合優(yōu)化仿真平臺搭建搭建符合實際場景需求的仿真平臺，包括信道模型、網(wǎng)絡拓撲、用戶行為等。性能指標設定設定合適的性能指標，如吞吐量、誤碼率、時延等，以全面評估智能反射面對網(wǎng)絡性能的提升效果。對比實驗分析通過與其他傳統(tǒng)中繼方案進行對比實驗，驗證智能反射面在提升網(wǎng)絡吞吐量方面的優(yōu)越性和有效性。仿真實驗與性能評估05多用戶場景下吞吐量最大化研究CHAPTER多用戶接入與資源分配問題建模分析模型中的約束條件，包括功率限制、時隙限制、智能反射面配置限制等，為后續(xù)求解奠定基礎。約束條件分析建立多用戶同時接入智能反射面輔助的兩跳中繼無線供電通信網(wǎng)絡的模型，分析用戶間干擾和信道容量。多用戶接入模型針對多用戶場景下的資源分配問題，構建以最大化吞吐量為目標的優(yōu)化模型，考慮功率分配、時隙分配和智能反射面配置等變量。資源分配模型博弈論模型建立將多用戶接入和資源分配問題轉化為博弈論模型，定義參與者、策略、收益等要素。納什均衡分析分析博弈模型的納什均衡存在性和唯一性，探討多用戶在競爭中的最優(yōu)策略選擇。分布式算法設計基于博弈論模型，設計分布式算法實現(xiàn)多用戶吞吐量最大化，降低計算復雜度和信令開銷?；诓┺恼摰亩嘤脩舾偁幗鉀Q方案設計性能指標設定設定吞吐量、用戶公平性、收斂速度等性能指標，評估所提算法的性能優(yōu)劣。結果分析與討論對仿真實驗結果進行深入分析和討論，總結所提算法的優(yōu)缺點及適用場景。對比實驗設計設計對比實驗，將所提算法與其他傳統(tǒng)算法進行比較，驗證所提算法在吞吐量最大化方面的優(yōu)勢。仿真平臺搭建搭建智能反射面輔助的兩跳中繼無線供電通信網(wǎng)絡的仿真平臺，實現(xiàn)多用戶接入和資源分配算法。仿真實驗與性能評估06總結與展望CHAPTER123提出了智能反射面輔助的兩跳中繼無線供電通信網(wǎng)絡模型，并分析了其吞吐量性能。設計了基于交替方向乘子法的優(yōu)化算法，實現(xiàn)了對網(wǎng)絡中各節(jié)點功率和反射面相位的有效優(yōu)化。通過仿真實驗驗證了所提算法的有效性和優(yōu)越性，相比于傳統(tǒng)方法，本文所提算法能夠顯著提高網(wǎng)絡吞吐量。本文工作總結在更復雜的多用戶、多中繼場景下，研究智能反射面輔助的無線供電通信網(wǎng)絡的吞吐量優(yōu)化問題。