智能反射面輔助的兩跳中繼無(wú)線供電通信網(wǎng)絡(luò)吞吐量最大化研究

智能反射面輔助的兩跳中繼無(wú)線供電通信網(wǎng)絡(luò)吞吐量最大化研究匯報(bào)人：AA2024-01-23目錄CONTENTS引言智能反射面輔助通信技術(shù)兩跳中繼無(wú)線供電通信網(wǎng)絡(luò)模型基于智能反射面優(yōu)化的吞吐量提升方法多用戶場(chǎng)景下吞吐量最大化研究總結(jié)與展望01引言CHAPTER無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，智能反射面作為一種新興技術(shù)，可通過(guò)調(diào)控電磁波傳播環(huán)境提高通信性能，具有廣闊應(yīng)用前景。無(wú)線供電通信網(wǎng)絡(luò)（WPCN）通過(guò)無(wú)線方式為節(jié)點(diǎn)供電并進(jìn)行信息傳輸，是實(shí)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(guò)優(yōu)化反射面參數(shù)提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，對(duì)于提升無(wú)線通信系統(tǒng)性能具有重要意義。研究背景與意義國(guó)內(nèi)外學(xué)者在智能反射面輔助無(wú)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(luò)結(jié)構(gòu)，在擴(kuò)大通信覆蓋范圍、提高能量效率等方面具有優(yōu)勢(shì)，相關(guān)研究逐漸受到關(guān)注。目前關(guān)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(jìn)一步探索和優(yōu)化。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)本文主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)01研究智能反射面輔助兩跳中繼WPCN的吞吐量最大化問(wèn)題，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。02提出一種基于交替優(yōu)化的算法，通過(guò)迭代優(yōu)化反射面參數(shù)和中繼節(jié)點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)吞吐量最大化。03通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提算法的有效性，并與其他算法進(jìn)行對(duì)比分析。04創(chuàng)新點(diǎn)在于將智能反射面技術(shù)應(yīng)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(shù)CHAPTER基本原理被動(dòng)反射可編程控制高增益智能反射面基本原理與特點(diǎn)智能反射面不需要額外的射頻鏈路和功率放大器，僅通過(guò)被動(dòng)反射實(shí)現(xiàn)信號(hào)增強(qiáng)。智能反射面的反射系數(shù)可以通過(guò)編程控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同用戶、不同場(chǎng)景的靈活適配。通過(guò)優(yōu)化反射面的幅度和相位，可以實(shí)現(xiàn)較高的信號(hào)增益，提高通信質(zhì)量。智能反射面通過(guò)控制反射單元的幅度和相位，實(shí)現(xiàn)對(duì)入射信號(hào)的智能反射，從而改變信號(hào)的傳播路徑和增強(qiáng)接收信號(hào)功率。智能反射面可以部署在基站或用戶附近，通過(guò)反射信號(hào)擴(kuò)大覆蓋范圍，提高邊緣用戶的通信質(zhì)量。擴(kuò)大覆蓋范圍增強(qiáng)信號(hào)功率抑制干擾智能反射面可以通過(guò)優(yōu)化反射系數(shù)，將信號(hào)聚焦到目標(biāo)用戶，提高接收信號(hào)功率。智能反射面可以通過(guò)調(diào)整反射系數(shù)，將干擾信號(hào)反射到其他方向，降低對(duì)目標(biāo)用戶的干擾。030201智能反射面在無(wú)線通信中應(yīng)用建立準(zhǔn)確的智能反射面信道模型是研究和優(yōu)化的基礎(chǔ)。通過(guò)優(yōu)化算法設(shè)計(jì)合理的反射系數(shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)增強(qiáng)和干擾抑制。關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)反射系數(shù)優(yōu)化信道建模多用戶調(diào)度：在多用戶場(chǎng)景下，需要設(shè)計(jì)合理的用戶調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量的最大化。關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)多智能反射面協(xié)作多個(gè)智能反射面之間的協(xié)作可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，但如何實(shí)現(xiàn)多個(gè)智能反射面之間的協(xié)同優(yōu)化是一個(gè)難題。硬件實(shí)現(xiàn)與成本控制智能反射面的硬件實(shí)現(xiàn)和成本控制是實(shí)際應(yīng)用中需要考慮的問(wèn)題。信道狀態(tài)信息獲取智能反射面的性能依賴于準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息，如何獲取實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息是一個(gè)挑戰(zhàn)。關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)03兩跳中繼無(wú)線供電通信網(wǎng)絡(luò)模型CHAPTER網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與工作原理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)，形成兩跳中繼的通信鏈路。工作原理源節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線方式為中繼節(jié)點(diǎn)供電，中繼節(jié)點(diǎn)在收集到能量后，將信息轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)。采用時(shí)間分配或功率分配的方式，優(yōu)化中繼節(jié)點(diǎn)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(dòng)態(tài)調(diào)整源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸功率和速率。傳輸策略設(shè)計(jì)能量收集與傳輸策略設(shè)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)男畔⒘浚呛饬烤W(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)。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(guò)優(yōu)化能量收集與傳輸策略，提高網(wǎng)絡(luò)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(guò)分析和比較不同部署位置對(duì)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(shè)計(jì)針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景和需求，設(shè)計(jì)合適的反射面形狀，如平面、曲面等，以優(yōu)化信號(hào)反射效果。多反射面協(xié)同研究多個(gè)智能反射面之間的協(xié)同工作機(jī)制，通過(guò)合理布局和調(diào)度，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)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(gè)因素，提出聯(lián)合優(yōu)化方法，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能。01波束成形算法設(shè)計(jì)針對(duì)智能反射面的特性，設(shè)計(jì)高效的波束成形算法，實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(dòng)態(tài)調(diào)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(tái)搭建搭建符合實(shí)際場(chǎng)景需求的仿真平臺(tái)，包括信道模型、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、用戶行為等。性能指?biāo)設(shè)定設(shè)定合適的性能指標(biāo)，如吞吐量、誤碼率、時(shí)延等，以全面評(píng)估智能反射面對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的提升效果。對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析通過(guò)與其他傳統(tǒng)中繼方案進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證智能反射面在提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面的優(yōu)越性和有效性。仿真實(shí)驗(yàn)與性能評(píng)估05多用戶場(chǎng)景下吞吐量最大化研究CHAPTER多用戶接入與資源分配問(wèn)題建模分析模型中的約束條件，包括功率限制、時(shí)隙限制、智能反射面配置限制等，為后續(xù)求解奠定基礎(chǔ)。約束條件分析建立多用戶同時(shí)接入智能反射面輔助的兩跳中繼無(wú)線供電通信網(wǎng)絡(luò)的模型，分析用戶間干擾和信道容量。多用戶接入模型針對(duì)多用戶場(chǎng)景下的資源分配問(wèn)題，構(gòu)建以最大化吞吐量為目標(biāo)的優(yōu)化模型，考慮功率分配、時(shí)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(wèn)題轉(zhuǎn)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(jìng)爭(zhēng)中的最優(yōu)策略選擇。分布式算法設(shè)計(jì)基于博弈論模型，設(shè)計(jì)分布式算法實(shí)現(xiàn)多用戶吞吐量最大化，降低計(jì)算復(fù)雜度和信令開銷?；诓┺恼摰亩嘤脩舾?jìng)爭(zhēng)解決方案設(shè)計(jì)性能指標(biāo)設(shè)定設(shè)定吞吐量、用戶公平性、收斂速度等性能指標(biāo)，評(píng)估所提算法的性能優(yōu)劣。結(jié)果分析與討論對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析和討論，總結(jié)所提算法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景。對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，將所提算法與其他傳統(tǒng)算法進(jìn)行比較，驗(yàn)證所提算法在吞吐量最大化方面的優(yōu)勢(shì)。仿真平臺(tái)搭建搭建智能反射面輔助的兩跳中繼無(wú)線供電通信網(wǎng)絡(luò)的仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多用戶接入和資源分配算法。仿真實(shí)驗(yàn)與性能評(píng)估06總結(jié)與展望CHAPTER123提出了智能反射面輔助的兩跳中繼無(wú)線供電通信網(wǎng)絡(luò)模型，并分析了其吞吐量性能。設(shè)計(jì)了基于交替方向乘子法的優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)功率和反射面相位的有效優(yōu)化。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(luò)吞吐量。本文工作總結(jié)在更復(fù)雜的多用戶、多中繼場(chǎng)景下，研究智能反射面輔助的無(wú)線供電通信網(wǎng)絡(luò)的吞吐量?jī)?yōu)化問(wèn)題。