无线携能通信时隙与功率联合优化算法研究

传统通信系统由于不能够有效利用射频信号的能量会导致传输能耗较高,所以必须合理分配资源,在信息和能量传输间获得折中,即保证充足的传输能量并尽可能提高系统的信息传输性能.因此,为了节约通信系统的能量,本文提出通信系统在多个时隙同时传输信息和能量从而实现无线携能通信.首先,将传输时间分成若干时隙,发射机按照要求在不同时隙内发送信息或者能量;然后,接收机在对应时隙内接收信息或者收集能量,并利用收集的能量提供电路耗能;最后,通过联合优化时隙和功率分配,在保证系统能量需求基础上最大化系统传输速率.仿真结果表明:相比等时间功率分配算法,提出算法的传输效率提高了约40 bps;且随着时隙数增加,提出算法性能显著提高.当传输能量增加时,可分配的信息功率更大;而当能量需求增加时,信息功率会降低,更多的功率用于能量传输.因此,提出算法通过为信息传输和能量采集合理分配时隙和功率,保证充足的采集能量基础上,最大化信息传输性能,系统通过采集无线能量有效提高了传输性能.     

无线携能通信中继网络最大化总传输速率

能量捕获无线传感器网络是解决传统无线传感器网络能量问题的有效途径之一,无线携能通信网络SWIPT（Simultaneous wireless information and power transfer）是其中的一个重要研究方向。研究了一种SWIPT场景,在源节点总功率的约束条件下,最大化总传输速率。源节点通过在不同的频谱上分配不同的功率发送携能信号给多个中继节点,中继节点对于接收到的携能信号通过功率分配将一部分信号转化为能量,一部分信号解码为信息;中继节点利用捕获的能量将信息转发给目的节点。建立数学模型求解最优的功率分配因子,运用拉格朗日乘数法求得源节点在每个频谱上分配功率的表达式,按照注水算法求得最终分配的功率和最大化的总传输速率,最后通过数值模拟进行了有效性验证。     

多用户MIMO-WET系统中短包传输的块错误概率分析

针对超可靠低时延通信的收发设备能量受限和超可靠性要求的特点,将多天线技术应用于无线能量捕获的短包传输系统,研究了多用户多天线无线能量传输（MIMO-WET）系统中短包传输的块错误概率性能.首先利用每个用户的信噪比累积分布函数和高斯函数近似的方法,推导出块错误概率的近似闭合表达式;然后对无线能量传输阶段中的时隙数和无线信息传输（WIT）阶段中的功率分配系数因子进行联合优化,实现总块错误概率的最小化.仿真结果验证了所推导的块错误概率闭合表达式的正确性,并根据仿真数据得到：在给定信息传输的块长度和天线数量条件下,WET和WIT所用时隙数存在最优值.     

基于干扰对齐和波束赋形的多中继传输机制

针对多中继两跳多输入多输出系统,提出了一种中继传输方案和干扰对齐算法.该方案在发送端和中继间采用发送波束赋形技术,实现频谱的高效利用;中继向接收端转发时,采用干扰对齐技术.给出了一种接收端低计算量的干扰消除算法.仿真结果表明,利用该传输方案,能实现较高的系统容量和能量效率.     

基于SWIPT的半双工中继QF协作可达速率分析

为解决中继节点能量受限的问题及提高系统能量效率以实现可靠绿色通信,提出了基于无线携能传输（SWIPT）技术的半双工中继量化转发（QF）协作系统.首先,建立基于SWIPT的半双工中继QF协作系统模型,信源节点和目的节点由电源供电,中继节点通过SWIPT技术同时实现信息传输和能量收集;其次,在功率分割协议下,推导出基于SWIPT的QF协作的可达速率表达式,证明可达速率是关于功率分割因子的凸函数,并求解出最优功率分割因子以优化可达速率;然后,针对慢衰落信道,进一步分析了基于SWIPT的QF协作的预期速率;最后,理论分析与仿真结果表明,基于SWIPT的QF协作的可达速率或预期速率均明显优于传统放大转发和译码转发协作,并且基于SWIPT的QF协作在中继节点没有外部供电的情形下,能达到与传统QF协作相近的性能.     

多载波认知无线电无线携能通信资源分配算法

认知无线电可通过频谱感知提高资源利用率,但会产生感知能耗,降低传输能量.为了保证认知无线电的传输性能,提出认知无线电可利用多载波实现无线携能通信,并分配通信资源,实现系统性能优化.认知无线电利用部分子载波传输信息,采集剩余子载波上主用户射频能量,补充感知耗能.提出的子载波和子载波功率联合优化算法,在保证能量、干扰和总功率受约束的基础上,可最优化系统的吞吐量和能量.仿真结果表明,能量采集会占用传输资源,需要合理分配子载波,使其在速率和能量间取得性能折中.提出的算法通过采集能量补充感知能耗有效地提高了系统吞吐量.     

两跳OFDM-AF中继系统的自适应比特和功率分配

将自适应比特和功率分配引入两跳正交频分复用-放大转发（OFDM-AF）中继系统,从而提出了该系统中的比特和功率分配的最优化问题;并结合贪婪算法的思想,提出了一种自适应比特和功率分配算法,在可靠传输要求和发送功率限制的条件下能最大化吞吐量.仿真结果表明,该算法在保证可靠传输的同时,大大提升了系统的有效性.     

无线再生中继网络的功率优化分配

针对中继传输中系统性能与发送端和中继器发射功率均有关的问题,提出了一种在总功率一定的条件下,以误码率最小为准则,优化分配发送端和中继器发射功率的方法.对于两跳中继（无分集）和合作分集两种再生中继网络,以大信噪比时的误码率上界表达式为目标函数,通过Lagrange乘数法求得发送端和中继器功率优化分配的数值解.仿真结果表明,与发送端和中继器均匀分配功率相比,经功率优化分配后的中继网络,在误码率下降的同时,中断概率和信道容量的性能也得到提升.     

AF-MIMO系统机会中继选择算法

在没有直传链路的AF-MIMO协作通信系统中,针对节点发送功率和转发功率未知情况下的最佳中继选择问题,提出了一种机会中继选择算法。该算法通过理论分析和数学推导,分别研究了协作中继数目和系统各部分的功率分配对信道容量的影响,并依据瞬时信道信息推导出简易判别式,利用最大-最小化准则选择出最佳中继,在没有增大算法复杂度的同时提升了系统信道容量。仿真结果表明,该算法选择出的最佳中继在信道容量性能方面较已有算法有一定提高,验证了所提选择算法的有效性。     

联合功率分配的全双工MIMO中继最小速率优化

针对全双工多天线中继系统的端到端速率受到信道估计误差和发射机/接收机有限动态范围影响的问题,将中继端到端速率问题转换为加权总速率最优问题,提出一种联合功率分配算法．该算法通过联合优化源节点和中继节点的预编码矩阵,使系统能够根据信道状态信息联合分配源节点和中继节点的功率．仿真结果表明,联合功率分配算法相较于传统的单节点功率约束算法能够提升系统最小速率,抑制自干扰的影响．     

基于SWIPT的乘积Polar编码协作构造与分析

为实现绿色可靠通信,提出了基于无线信息与能量同传(SWIPT)技术的乘积极化( Polar)编码协作系统。 首先,建立基于 SWIPT 的乘积 Polar 编码协作系统模型;其次,将 Polar 码作为乘积码的分量码构建乘积 Polar 码,分别在信源节点和中继节点对其行编码和列编码;最后,在目的节点提出一种低译码时延的两步译码算法,第一步对接收到乘积 Polar 码的码字矩阵分别进行串行相消(SC)译码与列 SC 译码,若第一步译码失败,则执行第二步译码,即将乘积 Polar 码的码字矩阵变换为单行 Polar 码,再 SC 译码。 理论分析与仿真表明,相比点对点系统,基于 SWIPT的乘积 Polar 编码协作大大降低了译码时延;与采用置信度传播译码算法的乘积低密度奇偶校验编码协作系统相比,所提系统误码性能更优。     

源辅助下的分布式空时分组码中继传输策略

为了提高协作网络的系统性能以降低误码率,提出一种源辅助分布式传输策略,并将其应用于分布式正交和准正交空时分组码。该策略要求目的节点在中继传输的两个阶段都接收来自源节点的信号,从而可以充分利用源节点到目的节点的直传链路资源。理论分析和计算机仿真证明了该策略的有效性。     

协同无线网络中基于能量价格的信道与功率分配联合优化

针对协同无线网络中多终端协作通信的信道分配和功率优化问题,在源节点和目的节点之间实现了基于多种传输方式(直接传输、复用传输和中继传输)的并行数据传输,并通过将终端节点建模为能量卖家,提出了基于能量价格的信道分配与功率控制联合的优化方案. 仿真结果表明,并行传输方式下采用新方案所消耗的系统能耗成本和所获得的网络生存时间明显优于单一传输方式. 此外,通过引入能量价格激励机制,证明了在相同并行传输方式下最优速率分配比平均速率分配在系统性能上有显著改善.     

全双工能量受限中继网络的安全波束成形设计

为了解决全双工能量受限中继网络的无线物理层安全问题,提出了一种基于能量和信息联合传输的安全波束成形方法.在满足中继节点和能量收集节点收集能量的约束条件下,通过联合优化能量信号协方差矩阵、波束成形矩阵和功率分配因子,实现了系统安全速率最大化.目标问题是非凸的,采用分步优化方法将原始问题转化为2个子问题.将第1个子问题转化为双层优化问题,外层优化问题采用一维搜索求解,内层优化问题采用半定松弛技术解决;然后通过一维搜索得到第2个子问题的最优解.仿真结果表明,提出的方法显著提高了系统的安全速率.     

稀疏移动网络中时延软约束的低能耗路由算法

针对稀疏移动网络中能量高效的数据传输问题,提出一种满足时延软约束的路由算法.将多个时隙的静态网络拓扑建模为虚拟的空时图模型.该空时图模型既包含网络拓扑在每一时隙的连通信息,也包含由移动性引起的链路变化信息.重新定义端到端的路由问题为寻找一条低能耗空时路径,并满足时延软约束.根据重新定义的路由问题,提出一种满足时延软约束的低能耗路由算法.仿真结果表明,该算法可以实现能量消耗与传输时延的权衡.     

基于SLIPT的混合可见光/射频协作通信系统性能分析

传统无线通信传输和网络接入依赖射频通信技术.随着海量移动设备涌入,频谱资源匮乏、移动设备电能受限等问题对新一代物联网的可持续发展提出了严峻挑战.本文通过融合传统无线射频通信技术与新型可见光通信技术,构建一种基于可见光信息能量同传(simultaneous lightwave information and power ...     

能量协作下中继系统性能推导及仿真分析

由于无线传感器网络频繁使用中继节点带来了能量空洞问题,所以提出了一种单中继通信下基于能量协作的降低中断概率和减少能量消耗的方案。该方案假设中继节点分布为泊松点过程,并且源节点和中继节点能够从环境中收集能量。首先,在发送数据的初始阶段,源节点依据自身电池储能状态有概率地选择直通链路或者中继链路,再结合中继节点位置与电池稳态分布,利用信噪比推导出系统的中断概率表达式;而后,建立以消耗能量值最小化为目标函数的最优化模型,通过粒子群算法求出使系统消耗能量最少时的参数分配。由仿真结果可知,与原有方案相比,所提出的模型能获得更低的中断概率,且证明了能量协作可明显地减少通信过程中的能量消耗。     

基于携能通信的大规模无线协作网络中断性能分析

将能量采集技术与大规模无线协作通信网络相结合,分析了在信息与能量同传环境下,大规模无线协作通信网络的中断性能.提出了一种中继协作传输协议,将位于源节点的中继区域内,并且能够成功解码源节点信号的中继节点定义为潜在中继,潜在中继用于协助从源节点到目的节点的信息传输;通过随机几何的数学工具,进一步分析了接收端使用选择合并接收方式下的中断性能,并对比了协作链路、中继链路以及直接链路三者的中断概率;最后对理论分析结果进行了仿真验证.验证的结果表明,最优中继策略下的中断性能最优.