可再生能源供電的無線通信與網(wǎng)絡(luò)

策劃人簡介

牛志升

清華大學(xué)教授，1985年畢業(yè)于北方交通大學(xué)，1989年和1992年分別獲日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)碩士和博士學(xué)位，1992—1994年就職于日本富士通研究所，1994年回清華大學(xué)電子工程系任教至今，同時擔(dān)任IEICE Fellow和IEEE Fellow，并為國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展（“973”）計劃項目“能效與資源優(yōu)化的超蜂窩移動通信系統(tǒng)基礎(chǔ)研究”（2012—2016年）首席科學(xué)家；主要研究方向包括通信話務(wù)理論、排隊論、通信網(wǎng)絡(luò)的流量控制與性能分析、無線網(wǎng)絡(luò)的資源分配及跨層優(yōu)化、通信與廣播融合網(wǎng)絡(luò)、綠色通信與網(wǎng)絡(luò)等；曾獲得IEEE通信學(xué)會亞太區(qū)2013年度“最佳論文獎”。

易芝玲

中國移動首席科學(xué)家，畢業(yè)于美國斯坦福大學(xué)，獲電機工程博士學(xué)位，后加入美國AT&T;貝爾實驗室無線通信基礎(chǔ)研究部，是CDMA技術(shù)的開拓者之一，先后在多個國際知名的公司、研究機構(gòu)擔(dān)任研發(fā)及科研管理職務(wù)，并先后擔(dān)任IEEE/ACM Trans. NET區(qū)域主編、IEEE通信協(xié)會理事、IEEE通信協(xié)會科技會議總監(jiān)、IEEE無線通信及網(wǎng)絡(luò)督導(dǎo)委員會創(chuàng)會主席、IEEE 5G Initiative指委會委員及Publication主席、FuTURE Forum 5G SIG 主席、WWRF副主席、WAIA執(zhí)委會主席、O-RAN技術(shù)指委會主席等職務(wù)；目前主要負責(zé)中國移動在無線通信前沿技術(shù)領(lǐng)域的研究工作； 榮獲IEEE 2015產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)創(chuàng)新獎，榮獲2018年度IEEE “Fred W. Ellersick Prize”最佳論文獎和1995年度“Stephen Rice”最佳論文獎；目前已發(fā)表論文200余篇，申請發(fā)明專利100余項。

內(nèi)容導(dǎo)讀

能量收集技術(shù)是一種新興的綠色能源技術(shù)，該技術(shù)可直接把環(huán)境中的可再生能量，例如：風(fēng)能、太陽能、機械能、電磁場輻射等，直接轉(zhuǎn)化為電能，某種意義上來講是一種“取之不盡、用之不竭”的新能源。同時，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)和電池儲能技術(shù)的飛速發(fā)展，可再生能源的存儲和利用效率大大提高，能量收集技術(shù)已步入實用階段，并逐步應(yīng)用到了各種通信系統(tǒng)中，例如：傳感器網(wǎng)、蜂窩通信網(wǎng)等?？梢灶A(yù)見：未來通信系統(tǒng)的供電模式將日趨多樣化，甚至出現(xiàn)完全依賴于可再生能源的自供電通信系統(tǒng)，這不僅可大幅降低通信系統(tǒng)對傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴，降低網(wǎng)絡(luò)整體的實際電網(wǎng)能耗，而且可以減少布線需求和運維成本。特別是針對基站超密集部署的超密集組網(wǎng)（UDN）和分布式多輸入多輸出（MIMO）移動通信系統(tǒng)，其廣泛部署的小基站或是天線前端很有可能無法或是難以直接連接到電網(wǎng)，需要完全依賴于可再生能源供電。

與傳統(tǒng)無線通信在空、時、頻3個維度上的優(yōu)化設(shè)計不同，可再生能源供電無線通信與網(wǎng)絡(luò)提供了一個嶄新的設(shè)計維度——能量，其核心技術(shù)挑戰(zhàn)來自于能量維度和傳統(tǒng)的空、時、頻維度存在的強烈相互作用。具體地，可將能量維度的挑戰(zhàn)歸納為以下2個方面：（1）能量供給的動態(tài)性，能量的供給和使用代價在時空上均存在動態(tài)性、且難以預(yù)測；（2）能量供給的多尺度特性，能量來源的多樣化，能量動態(tài)變化的時空尺度亦隨之存在差異。本期專刊共收錄了7篇來自于高等學(xué)校和企業(yè)研究團隊的論文，旨在介紹本領(lǐng)域的最新研究進展，為高效利用多種能量資源，提升頻譜效率和功率效率，滿足未來信息傳輸?shù)亩嗑S度服務(wù)質(zhì)量需求提供一套有效的解決方案。

首先，由華北電力大學(xué)和重慶大學(xué)完成的《電力基礎(chǔ)設(shè)施薄弱地區(qū)的基站自供電技術(shù)研究》一文，以坦桑尼亞邊遠地區(qū)通信基站的供電問題為實例，提出了一種基于可再生能源與柴油發(fā)電機互補的混合供電系統(tǒng)，并深入分析了多種混合供電系統(tǒng)的性能；接下來的2篇文章分別由電子科技大學(xué)和清華大學(xué)完成，給出了“可再生能源供電無線通信的最優(yōu)鏈路傳輸策略”和“可再生能源供電下射頻單元的基帶功能分割和功率控制”策略，數(shù)值結(jié)果表明：相比于固定的基帶功能分割方案，靈活的基帶功能分割能充分利用可再生能源并提高系統(tǒng)的吞吐量。進一步地，由電子科技大學(xué)和中山大學(xué)分別完成的論文《無線數(shù)據(jù)與能量協(xié)同傳輸中的游程限制編碼設(shè)計》和《部分自供電的非正交多址接入技術(shù)》，針對無線數(shù)據(jù)與能量同時傳輸?shù)膱鼍敖o出了相應(yīng)的編碼方案和多址接入算法，實現(xiàn)了高效的無線能量傳輸和多用戶同時接入。最后的2篇文章則是針對基于摩擦納米發(fā)電機的自供電系統(tǒng)，其中《基于摩擦納米發(fā)電機的自驅(qū)動微系統(tǒng)》一文來自于北京大學(xué)團隊，分別介紹了基于摩擦納米發(fā)電機原理的自驅(qū)動傳感器和相應(yīng)的能量存儲系統(tǒng)，《摩擦納米發(fā)電機等效電路模型研究》一文則來自于中國移動研究院和北京交通大學(xué)的團隊，推導(dǎo)出了摩擦納米發(fā)電機的電路方程，建立了摩擦納米發(fā)電機等效電路，并進行了PSpice仿真。

希望本期專刊能給讀者提供有益的啟示和參考。在此，對各位作者的積極支持和辛勤工作表示衷心的感謝！

牛志升、易芝玲

2018年9月10日