双智能反射平面辅助无线携能通信系统的安全通信优化

研究采用两个智能反射平面保障无线携能通信系统信息传输的物理层安全。通过联合优化两个智能反射平面的反射波束成形和基站的发射波束成形以最大化系统的总信息传输速率,同时满足基站的发射功率约束、能量收集用户的最小能量收集约束与最大窃听速率约束,以及智能反射平面反射系数的模一约束。由于存在两个智能反射平面之间的反射链路,所构建优化问题的优化变量高度耦合,难以直接求解。提出一种基于交替优化、半正定松弛和连续凸逼近的算法求问题的次优解。仿真结果表明,与现有的基准方案相比,所提算法能在保证信息传输安全和满足能量传输要求的情况下大幅提高系统的总数据速率。     

一种近场无线激光携能通信系统的研究与设计

介绍了一种综合利用无线激光通信技术、无线激光传能技术设计的无线激光携能通信系统,给出了系统结构和原理,结合光电信号转换、光电能量转换电路,设计了通信、传能一体化的硬件电路和光路结构,能实现近距离无连接、非接触的双向通信、传能,为无连接、无供电条件设备接入提供了分离脱落连接器(又称脱插连接器)之外的解决方案,最后指出系统继续研究发展面临的问题和挑战。     

多用户多载波无线携能通信系统的上下行联合资源分配

无线携能通信(SWIPT)技术是解决无线网络能量受限问题的有效方法,该文研究一个由基站(BS)和多用户组成的多载波SWIPT系统,其上行和下行链路均采用正交频分复用(OFDM)技术。在下行链路中,基站向用户同时进行信息与能量传输;在上行链路中,用户利用从基站接收的能量向基站回传信息。该文以最大化上下行加权和速率为目标,联合优化上行和下行的子载波分配和功率分配,提出基于拉格朗日对偶法和椭球法的最优联合资源分配算法。计算机仿真结果证实了该算法的有效性。     

浅谈5G通信系统中3D MIMO的波束形成

4G技术的成熟为5G移动通信技术的发展提供了良好的前提条件。在5G移动通信系统中,大规模3DMIMO是一个非常重要的内容,它可以显着提高分辨率,但垂直尺寸更大。空间分量也导致波束形成难度的增加。在此基础上,本文结合WPA算法分析了三维MIMO波束的形成,并通过仿真实验验证了算法的有效性。     

认知无线携能通信的关键技术及其研究进展

认知无线电（CR）与无线携能通信（SWIPT）的结合已经成为当今高能效认知无线通信的研究热点之一。首先阐述了SWIPT与认知SWIPT网络,而后介绍了SWIPT网络中两种接收机结构并给出相应的能量收集公式。然后,给出了认知SWIPT系统模型及其与协作中继技术、MIMO技术相结合进行系统建模的研究进展,并对认知SWIPT网络关键技术的未来研究方向进行了展望。最后,总结了近年来对认知SWIPT网络关键技术的研究成果,为高能效的安全认知SWIPT通信理论研究与未来应用提供了一定的借鉴意义。     

多天线携能通信系统中的物理层安全研究

针对多天线无线携能单用户多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统,在能量塔采用时隙切换方案的基础上,考虑信源采用最大比传输、接收方采用选择合并方案、窃听方采用最大比合并方案情况,针对窃听信道的信道状态信息已知和未知的情况,分别推导出系统安全中断概率、窃听概率和遍历安全容量的理论表达式,并通过蒙特卡洛仿真验证了理论表达式的准确性。结果表明,多天线在窃听信道平均信噪比较低的场景下对系统安全性能的提升更为显著;时隙切换因子、发送端能量转换效率的提高对系统窃听概率的降低无贡献,但能降低系统安全中断概率或提高系统遍历安全容量。     

智能反射面辅助的无线携能通信系统优化问题研究

本文针对智能反射面辅助的无线携能通信系统,提出了一种面向能量效率的信号传输方案,该方案在基站处发射信息与能量的混合信号,通过联合优化基站的信息信号波束、能量信号波束和智能反射面处的相移来实现系统能量效率的提升。由于优化问题非凸且三个优化变量相互耦合,难以直接获取最优解。因此本文采用交替优化将原问题转换为两个非凸子问题进行交替迭代求解,并借助Dinclebach与半正定松弛等方法将非凸子问题转化为凸问题解决,最终获得原问题的次优解。数值仿真结果表明,本文所提方案在能量效率方面优于现有方案。     

一种基于无线携能通信的MEC与用户匹配算法

多接入边缘计算（Multi-access Edge Computing,MEC）和无线携能通信可有效提高用户的服务质量和体验。在计算、通信和能量等资源的约束条件下,用户匹配是优化MEC任务卸载时系统效用的重要方法。针对无线携能通信的MEC网络结构,综合考虑用户的需求差异性和多元化能量供给,建立了基于计算资源、传输资源和能量资源的系统效用函数;以系统效用最大化为目标,采用基于多维背包理论的多轮拍卖,提出了一种适用于多用户和多网络边缘服务器的用户匹配算法。仿真验证了所提用户匹配算法的有效性与可靠性,结果表明所提匹配算法可优化系统资源配置,有效提高整体性能。     

智能反射表面辅助的无线携能通信网络资源分配算法

为了解决终端设备能量受限、网络覆盖范围有限等问题,实现绿色万物高效互联,引入了一种新的智能反射表面技术,构建智能反射表面辅助的无线携能通信网络.为了进一步提升该网络的总吞吐量,提出了一种以速率和最大化为目标的资源分配方案.考虑基站的发射功率限制、所有物联网设备最低能量需求限制和智能反射表面的相移约束,建立联合发射波束设...     

基于自适应功率分裂的协作非正交多址接入无线携能通信网络性能分析

为了提高无线通信系统的频谱利用率、降低功耗,针对双向协作非正交多址接入携能网络,提出了一种自适应功率分裂的无线携能准则。中继利用译码转发协议和用户的距离信息执行串行干扰消除,检测用户的信息并从发送端收割能量。发送端设计自适应功率分裂准则,使中继可以成功检测用户的信息,然后把剩余的能量全部用于能量传输,进而中继可以收割到最多的能量并将所解码的信息转发给接收端。基于所提的自适应功率分裂准则,分析网络的全局中断概率、端到端中断概率,以及高信噪比条件下的分集增益。与基于固定功率分裂的协作三级正交多址接入携能网络相比,基于自适应功率分裂的协作两级非正交多址接入携能网络可以获得更优的中断性能。     

基于NOMA的无线携能D2D通信鲁棒能效优化算法

针对频谱短缺、基站负荷过高、通信系统功耗较大等问题,考虑不完美的信道状态信息,该文提出一种基于非正交多址接入的无线携能(SWIPT)D2D网络鲁棒能效(EE)最大化资源分配算法(SREA).考虑用户的服务质量约束以及最大发射功率约束,基于随机信道不确定性建立鲁棒能效最大化资源分配模型.利用Dinkelbach和变量替换方法,将原NP-hard问题转换为确定性的凸优化问题,通过拉格朗日对偶理论求得解析解.仿真结果表明,所提算法在保证蜂窝用户通信质量的同时,能够有效提高D2D用户的能效性和鲁棒性能.     

基于NOMA的无线携能D2D通信鲁棒能效优化算法

针对频谱短缺、基站负荷过高、通信系统功耗较大等问题,考虑不完美的信道状态信息,该文提出一种基于非正交多址接入的无线携能(SWIPT)D2D网络鲁棒能效(EE)最大化资源分配算法(SREA)。考虑用户的服务质量约束以及最大发射功率约束,基于随机信道不确定性建立鲁棒能效最大化资源分配模型。利用Dinkelbach和变量替换...     

基于携能通信的非信任双向中继网络安全传输方案

针对非信任双向中继网络的能量受限和信息安全问题,该文提出一种基于无线携能通信(SWIPT)与人工噪声辅助的物理层安全传输方案。该方案中的非信任中继采用功率分割(PS)策略辅助合法用户进行保密通信,而全双工干扰机在进行能量采集的同时发送人工噪声以确保系统安全。以最大化系统保密性能为目标,优化了中继的PS因子,推导了保密和速率的解析式及高信噪比条件下最佳PS因子的闭式解。特别针对非理想信道状态信息的情况,分析了信道估计误差对系统保密性能的影响。仿真结果验证了理论推导的正确性,并证明了所提的基于PS策略的干扰机协同传输方案相比采用时间切换(TS)策略或目的节点协同干扰的方案具有更优的保密性能。

     

异构携能通信网络中基于人工噪声辅助的鲁棒安全传输方案

异构携能通信网络中信道状态信息不准确时,为保证信息、能量传输的安全性与可靠性,该文提出一种基于人工噪声辅助的鲁棒安全传输方案。通过联合设计宏基站、微基站的下行信息波束及人工噪声矩阵,干扰窃听者,同时提升系统能量接收性能。在基站的发送功率约束、合法用户的信息接收及能量接收中断约束和窃听者的窃听信息中断约束下,以最大化系统能量接收性能为目标进行建模。针对该问题的非凸性,首先将其等效转化为一种易于处理的形式;而后进一步利用Berstein-type不等式处理其中的中断概率约束,将其转化为凸的问题进行求解。仿真结果验证了该方案的安全性和鲁棒性。

     

基于连续凸逼近的协作式非正交多址接入联合无线携能通信的能效优化方案

在传统的非正交多址(NOMA)系统中,通常将更多的功率分配给边缘用户以此来保证其通信质量,系统公平性以牺牲系统容量为代价。基于协作通信的NOMA系统虽可解决上述问题,但在协作阶段中心用户需承担中继的作用,这种方式必将给中心用户带来一定的负担。为了兼顾系统容量和公平性,该文提出一种基于协作通信和无线携能通信(SWIPT)的新型资源分配方案,该方案在满足边缘用户通信质量情况下,使用能量收集设备完成能量收集,通过连续凸逼近(SCA)求解目标问题最大化系统能效。仿真结果表明,与传统NOMA和协作式非正交多址接入系统(CNOMA)相比,CNOMA-SWIPT系统的能量效率得到了较大的提高,在基站最大发射功率为30 dBm时相比NOMA系统能达到60.8%的增益,相比CNOMA系统能达到比CNOMA系统高出约11.5%的增益,更符合绿色通信的发展理念。     

面向无线能量传输的三维无人机轨迹设计

在无人机(UAV)辅助的无线网络中,UAV轨迹设计可以有效地提升无线网络系统性能。然而,3维场景下的UAV轨迹设计问题因其高复杂性,目前仍是开放性研究问题,并缺少高性能的求解方案。该文针对具有一般性的无线能量传输(WPT)系统中UAV 3维轨迹设计问题,在凸空间下,基于间续悬飞(SHF)的最优轨迹结构,提出获得高性能3维轨迹的求解方案。     

可见光无线信能同传网络中能量有效的波束赋形设计

物联网是6G的核心应用场景,然而由于射频频谱资源稀缺,为数以百亿计的物联网设备提供高质量无线覆盖服务面临挑战。可见光通信(Visible Light Communication, VLC)作为射频通信的补充,提供了丰富的高频频谱资源。该文研究多用户VLC无线信能同传网络的可达能量效率(Energy Efficiency, EE)性能界,即在用户信息和能量需求、避免LED谐波失真以及VLC发射机总功率约束下最大化EE。为求解所考虑的问题,结合Dinkelbach方法和连续凸近似方法构建迭代算法优化波束赋形向量和直流偏置。从理论上证明了所提算法的收敛性,并讨论了避免LED谐波失真的工作条件对EE的影响。仿真结果验证了所提方法的有效性,分析了信息需求、能量需求和VLC发射机总功率对EE的影响规律,并讨论了LED视野对EE和VLC信号传播的影响。     

IRS增强信息与能量同传赋能物联网的鲁棒公平性资源分配算法

针对6G物联网中信道误差影响与用户采集能量的公平性问题,该文在用户信干噪比受限、发射功率约束和反射相位模一约束的条件下,研究了智能反射面(IRS)辅助的信息与能量同传(SWIPT)系统中公平性采集能量最大化问题。为了解决该非凸问题,分别运用Schur-Complement和S-Procedure将无限维约束转换为有限维的矩阵线性不等式,然后利用罚函数和连续凸逼近的方法将难以求解的原问题转化为标准的凸优化问题,进而提出了一种迭代的鲁棒公平性能量采集算法。数值结果表明,所提鲁棒优化算法能够明显提升网络采集的公平性能量。     

合作认知无线网络中能效最优资源分配

针对能量受限的合作认知网络,该文研究在保证主用户服务质量要求下,认知用户能量效率最大化问题。认知用户利用信能同传技术接收主用户信号,并采用解码转发协议协助主用户通信。基于分式规划和引入辅助变量将原始非凸问题转换为凸优化问题进行求解,并提出一种迭代的资源分配算法。仿真结果表明,所提算法能够快速收敛于最优解。与能量合作方案相比,该文所采用方案能量效率显著提高,同时能更好地保证主用户服务质量要求。