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系統識別號 U0002-1607201911181600
中文論文名稱 同步訊息與電力傳輸系統多目標之最佳化
英文論文名稱 Multi-Objective Optimization for Simultaneous Wireless Information and Power Transfer Systems
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Electrical And Computer Engineering
學年度 107
學期 2
出版年 108
研究生中文姓名 方為霖
研究生英文姓名 Wei-Lin Fang
學號 706440046
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2019-06-27
論文頁數 60頁
口試委員 指導教授-丘建青
共同指導教授-錢威
委員-林丁丙
委員-方文賢
中文關鍵字 同步傳遞  多目標  毫米波  自我適應之動態差異型演化法  場型天線及充電效率 
英文關鍵字 Millimeter wave Circle Array Antenna  Beamforming  Genetic Algorithm  Self Adaptive Dynamic Differential Evolution 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 隨著行動通訊的快速發展, 現今各國在通訊系統中除了提升傳輸速
度及通訊品質外,為了使用者或感測器建置的便利性,希望能在傳送資
料的同時,也對設備進行充電,進而提升設備的使用時間。
本論文中以室內環境作為模擬的環境,考慮傳送端使用 毫米波 天線
陣列系統,進行波束合成,在考慮多使用者的狀況下,使其各使用者的
能量採集效率提升及降低傳送資料的錯誤率,並使用 SADDE 演算法調
整天線的饋入線長度進行天線陣列的調整。
本論文著重在於同時傳輸資料及充電,並考慮多目標函數的使用,使用 SADDE 的優點在不須列出變數和因變數的數學關係,能找出最佳答案,因此才使用 SADDE 為最佳化的工具,另外在使用場型天線為多目標導致函數會有所不同,本論文模擬室內環境通信傳輸位元錯誤率加上能量採集效率,再利用 SADDE 的優點進行最佳化的調整,尋找錯誤率加能量採集效率最佳化的場型天線,此種場型天線為室內環境最佳化的需求。
經模擬室內環境相關數據顯示結果,透過SADDE調整可看出每一個天線元件做最佳化,避免能量不必要的浪費,進而提升各使用者的能量採集效率及降低錯誤率,提高通訊品質。
英文摘要 With the rapid development of mobile communication, it is not only to improve transmission speed and communication quality but also to charge the receivers. For system design, it is the goal that the sensor device can be charged while transmitting data. As a result, the operation time of the sensor device is increased.
In this paper, the antenna array system is used for the beam synthesis at the transmitter in the indoor environment. For multiple users, the error rate of transmitting data to one specific receiver is set to be under the constraint of preset value and the energy collection efficiency of the other user is maximizing. The SADDE algorithm is used to adjust the feed line length of the antenna to maximize the objective function.
This paper focuses on the simultaneous transmission of data and charging, and considers the use of multi-objective functions. The advantage of using objective functions. The advantage of using SADDE is that it is not necessary to have the exact gradient mathematical formula between variables. In addition, the SADDE can handle multiple objective functions. This paper simulates the indoor environment communication transmission bit error rate plus energy collection efficiency, and then uses the SADDE to optimize the adjustment of the feed line length. This antenna can optimize the energy harvesting efficiency for indoor environments.
Through the simulation of the indoor environment by the SADDE adjustment, it is seen that each antenna component is optimized to avoid unnecessary waste of energy, thereby improving the energy collection efficiency and reducing the error rate of a specific user, and improving the communication quality.
論文目次 目錄
誌謝 I
中文摘要 II
Abstract III
第一章 概論 - 1 -
1.1 研究背景 - 1 -
1.2 研究使用方法 - 6 -
1.3 各章內容簡述 - 7 -
1.4 研究貢獻 - 7 -
第二章 各系統理論及介紹 - 8 -
2.1 智慧型天線系統基本定義與工作原理 - 8 -
2.2 毫米波天線陣列系統概述 - 14 -
2.3 無線功率傳輸 - 21 -
2.4 通道容量 - 26 -
2.5 位元錯誤率 - 27 -
第三章 演算法理論及介紹 - 30 -
3.1 自我適應之動態差異型演化法 - 30 -
第四章 模擬數值結果 - 39 -
4.1 模擬環境建構 - 39 -
4.2 SADDE演算法相關設定 - 41 -
4.3 數值結果 - 43 -
4.3.1不同目標函數對於錯誤率的最佳化結果 - 43 -
4.3.2不同目標函數對於通道容量的最佳化結果 - 47 -
4.3.3不同目標函數對於充電功率的最佳化結果 - 51 -
第五章 結論 - 56 -
參考文獻 - 58 -
附錄 - 60 -

圖目錄
圖 1 全球可用之毫米波建議清單 - 1 -
圖 2 智慧型天線同時服務多重目標運用示意圖 - 9 -
圖 3 環型天線陣列系統含N個天線元件示意圖 - 16 -
圖 4 毫米波環型天線陣列示意圖 - 19 -
圖 5 無線功率傳輸示意圖 - 23 -
圖 6 無線功率傳輸接收器架構示意圖 - 24 -
圖 7 無線功率傳輸技術之射頻能量採集架構示意圖 - 25 -
圖 8 自我適應之動態差異型演化法流程圖 - 32 -
圖 9 自我適應之動態差異型進化法中突變方法一的示意圖 - 34 -
圖 10 自我適應之動態差異型進化法中突變方法二的示意圖 - 35 -
圖 11 自我適應之動態差異型進化法中的交配向量於一個二維目標函數等位線圖描述的示意圖 - 37 -
圖 12 模擬環境之平面圖 - 40 -
圖 13 SADDE以不同目標函數進行搜尋其RX1錯誤率的比較 - 44 -
圖 14 SADDE以 (a) 錯誤率總和的目標函數 (b) 多目標函數的場型圖 - 46 -
圖 15 SADDE以不同目標函數進行搜尋其RX1通道容量的比較 - 48 -
圖 16 SADDE以 (a)通道容量總和的目標函數 (b)多目標函數的場型圖 - 50 -
圖 17 SADDE以不同目標函數進行搜尋其總充電功率的比較 - 51 -
圖 18 以充電功率為目標函數優化下各天線充電功率的變化及比較 - 52 -
圖 19 以多目標函數為目標函優化下各天線充電功率的變化及比較 - 53 -
圖 20 SADDE以 (a)充電功率總和的目標函數 (b)多目標函數的場型 - 55 -

表目錄
表 1 各天線的調整目標及對應的SNR數值 - 41 -
表 2 SADDE目標函數搜尋的類型及對應的函數式 - 42 -
表 3 以錯誤率或多目標搜尋到的饋入線長度 - 45 -
表 4 以通道容量或多目標搜尋到的饋入線長度 - 49 -
表 5 以充電功率或多目標搜尋到的饋入線長度 - 54 -
表 6 混凝土砌塊牆材質係數 - 60 -
表 7 結構木材質係數 - 60 -
表 8 鐵材質係數 - 60 -
參考文獻 參考文獻
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