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1、 密级： 公 开 学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR题 目 基于功率划分的能量收集协作中继传输系统的中断概率分析学 院： 信息工程学院 系 电子系 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 起讫日期： 学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留
2、、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期：导师签名： 日期： 摘要基于功率划分的能量收集协作中继传输系统的中断概率分析专 业：通信工程 学 号：学生姓名： 指导教师：摘要在基于结合协作无线通信技术和能量收集技术的基础上的多用户无线传输系统中，本文主要研究了在中继中使用功率划分策略对无线网络系统中信息传输过程中
3、断概率的影响。论文中假定的是在一个具有一个源点，两个目的点和一个具有有限能量中继的多用户无线网络传输模型中，此外，中继采用放大转发的方式。文中提出了一种基于功率划分的协作多用户传输（PSCMT）协议，分析了该协议的中断概率性能，且在此协议基础之上，考虑了源点发射功率，中继位置以及功率划分因子对无线网络传输系统中断概率的影响。为了评价系统的性能，本文先理论性地分析了PSCMT协议的系统中断概率，获得了中断概率的具体表达式。最后，在进行仿真之后，对结果进行了分析并与原先的分析进行了对比，数值结果很好地证明了之前的分析。同时，揭示了相比于传统的非协作方式，PSCMT协议可以在不增加外部供能的前提下可
4、以获得更低的系统中断概率，同时较好地实现了绿色通信。关键词：协作无线通信技术;能量收集技术;无线网络传输系统;中断概率;放大转发;绿色通信IIIAbstractOutage Probability Analysis of Cooperative Transmisssion based on power splitting with Energy Harvesting RelayAbstractBased on a combination of cooperative wireless communication technology and nenrgy harvesting technolo
5、gy,the paper studies the effect of power splitting strategy used in relay on wireless network transmission system outage probability.Paper assumed that a multiuser wireless network transmission model consist of a source node ,two destination node and a relay node.In addition，the relay adopts amplify
6、-and-forward.This paper also proposed a power splitting-based cooperative multiuser transmission（PSCMT）protocol and analyzed its outage probability performance.Based on this prococol,we considered the effect of source node transmission power,the relays location and the power splitting factor on wire
7、less network transmission system outage probability. To evaluate the performance of the system,paper firstly theoretically analyze the system outage probability of PSCMT protocol,then achieve explicit expressions of system outage probability.Finally,after performing the simulation,numerical results
8、were analysed and perfectly prove the former analysis.At the same time,the numerical results reveal that PSCMT Protocol is a reliable solution to gain lower system outage probability without consuming extra energy compared with traditional non-cooperative scheme.Whats more,it realizes green communic
9、ation.Keyword：cooperative wireless communication technology;energy harvesting technology;wireless network transmission system;outage probability;amplify-and-forward;green communication目录目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 研究背景与意义11.2 研究现状21.2.1 能量收集技术21.2.2 协作中继技术31.2.3 论文结构安排4第二章 基于功率划分的协作多用户传输（PSCMT）协议52.1
10、系统模型52.2 接收机结构52.3 PSCMT协议描述82.4 PSCMT协议的中断概率分析82.5 本章小结11第三章数值仿真及分析123.1 功率划分因子对系统中断概率的影响123.2 源节点功率对系统中断概率的影响133.3 中继位置对系统中断概率的影响143.4 本章小结14第四章 总结与展望164.1 总结164.2 展望16参考文献17致谢19第一章 绪论第一章 绪论本部分主要介绍能量收集技术与协作中继技术的出现背景及意义，并且对这两种技术在国内外的当前研究现状进行了了解。1.1 研究背景与意义能源是人类生存与社会发展十分重要的物质基础，能源发展已经历了木柴时代、煤炭时代、油气时
11、代和电气时代的几个过程。近几十年来，尽管加快了水能、风能、太阳能等清洁能源的开发和利用，但全世界能源供应主要还是来自化石能源。全球虽然有较大储量的化石能源，自从工业革命之后，人类对化石能源已进行了数百年大规模的开发利用，全球能源消费已呈现总量和人均能源消费量持续“双增”的趋势。此外，在世界人口增长、工业化、城镇化的影响下，全球一次能源消费总量从53.8亿吨标准煤增长到181.9亿吨标准煤，近50年的时间增长了2.4倍。亚太地区已成为了能源消费增速最快、总量最大的地区，而中国的能源消耗增速已连续14保持世界最高一次能源消耗增速。截止到2014年，根据煤炭、石油、天然气的剩余探明可采储量，可分别开
12、采113年、53年、55年。因此，全世界现在正面临着严峻的资源枯竭、污染排放严重两个问题。当前在所有社会行业中，信息通信技术是发展最快的行业，随之带来的能源消耗以及C0排放量也迅速增长。根据相关的统计，ICT（Information and Communication Technology）产业产生的C0占全球总排放量的2%，能源消耗占据全球总能源消耗的3%，而能源消耗的57%来自移动通信，而无线接入网部分消耗了移动通信系统中的大部分能量1。随着使用手机人数的增加，移动网络系统每年在能量消耗方面以30-40%的速度增长，我国目前通信业每年耗电量大约为200多亿度2。此外，大部分的移动设备都是由
13、电池供能，而电池储能有限，关于电池容量的技术一直未取得突破性进展3，这使得无线通信网络的工作时间无法延长。因此，在保证良好通信质量的前提下，延长网络的工作时间是未来无线通信网络面临的重要问题。要延长无线传输网络的工作时间，提高通信质量，即解决网络中设备能量受限问题。从解决设备供能问题上，当前国际学术界研究方法主要有两个：一、设计有效的通信协议合理分配通信网络中的资源来减少系统的能耗；二、采用能量收集技术来利用周围环境中存在的各种形式能量（如太阳能、风能、热能、振动能等）4为能量受限节点供能。针对上面两个研究方法，在合理分配通信网络资源方面，涉及到时隙、频率、及功率的分配，而功率分配最重要。功率
14、分配包含总功率不变时的分配和节点功率受限时的分配。功率分配的优化方法要根据目标来确定5。传统的能量源（太阳能、风能、振动能等）因其无法持续稳定的供能，不确定因素较多，不易控制。由于现在我们周围存在着大量的射频信号（蜂窝信号、Wi-Fi信号等），因此，较有应用前景的是从周围的射频信号中收集能量。相对于有线通信网络，在无线通信网络中，衰落、多径和节点的移动等因素都将导致通信环境较差，这极大地影响了无线通信的通信质量和信息传输速率。此外，使用无线网络的用户和无线网络业务不断增多，频谱资源紧缺，这些都要求无线网络具有较高的通信质量与传输速率。传统的无线通信技术已接近香浓极限了6，为了充分利用无线通信信道的开放性和广播特性，一种利用通信节点间协作行为的技术出现了，即无线协作中继技术。无线协作中继技术可以抵抗信道衰落、扩大网络覆盖范围（用辅助中继）、改善小区边缘特性、消除覆盖盲点并且可以提高传输速率。协作中继技术基本的思想是利用分布在源点和目的节点周围的其他节点在两者进行通信时建立多条虚拟的空间路线来完成信息的传送。传送过程一般分为两个阶段：一、源节点将信息同时发送到目的节点和中继中；二、中继向目的节点转发来自源节点的信息。因此，综合上述技术背景，在带有能量收集协作中继的多用户传输系统
