一种分布式天线系统的最大化能源效率传输优化算法

为实现绿色通信,考虑在每个远端射频头的发送功率受限、前端链路容量受限和保证用户目标速率的情况下,研究分布式天线系统的最大化能源效率传输优化算法。受分布式前端链路容量表达式及能源效率分式形式的约束,所考虑优化问题是非凸优化问题,难以获得其最优解。针对此优化问题,通过分式规划和凸近似方法将原始非凸问题转化为凸优化问题,提出了有效的二层迭代优化算法,并理论分析证明了所提算法的收敛性。仿真结果表明,所提算法优于传统算法,且随着远端射频头调度的用户数减少,能效压缩预编码策略的能源效率增大。      

单天线功率约束下的能效预编码优化设计

针对多小区多用户下行链路系统,研究了能效传输预编码设计问题。不同于传统设计中的和功率约束,由于实际系统中各天线的功率由其各自配备的功率放大器的线性度所限制,考虑更加实际的单天线功率约束。目标优化问题建模为最大化能效/谱效,同时满足各用户速率约束以及单天线功率约束。为了求解该优化问题,利用凸近似逼近的方法,将原始问题转化为凸优化问题,并提出了一种有效迭代优化算法求解该优化问题。MATLABAL数值仿真结果验证了所提算法的有效性。      

接入与回传一体化小基站的接入控制与资源分配联合优化算法

针对全双工无线接入与回传一体化小基站场景下长期的频谱效率和能效同时最大化问题,该文提出一种基于近似动态规划理论的接入与回传一体化小基站接入控制与资源分配联合优化算法。该算法首先联合考虑当前基站的资源使用和功率配置情况,在任一用户需求动态到达以及平均时延、小基站回传速率和传输功率约束下,使用受限马尔科夫决策过程(CMDP)建立频谱效率最大化和功率消耗最小化的多目标优化模型,其次运用切比雪夫理论将多目标优化问题转化为单目标问题,并使用拉格朗日对偶分解法进一步转化为非受限的马尔科夫决策过程(MDP)问题。最后,为了解决其求解时存在的“维度灾”爆炸问题,该文提出基于近似动态规划的无线接入与回传一体化小基站资源动态分配算法进行求解,得到此时的接入与资源分配策略。仿真结果表明,所提算法能在保证平均时延约束、小基站回传速率约束和传输功率约束的同时最大化长期平均频谱效率和能效。     

多小区5G认知无线电网络能量有效资源优化

为提高5G通信系统中能量利用效率,本文提出一种资源配置算法来解决多小区5G认知无线电网络中资源配置问题。针对需要优化的载波分配变量和功率变量,该算法采用交替优化的方式分别对上述变量进行优化。对于载波分配,所提算法依据最大化信噪比原则来分配载波;对于功率分配,本文将其转变为另外一个等效问题,然后利用连续凸近似方法求解。由于传统正交频分复用调制（OFDM）具有严重的频谱泄露,其他几种具有较低频谱泄露特性的5G候选调制方式,例如滤波器组多载波调制（FBMC）、通用滤波多载波调制（UFMC）、广义频分复用调制（GFDM）等,也被分析比较。仿真结果表明本文所提算法相比干扰受限算法具有更高的能量效率,并且证明具有较低频谱泄露的调制方式能取得更高的能量效率。      

基于能效最优准则的双跳中继网络功率分配算法

针对单天线多跳系统中的资源分配策略进行了研究,重点研究了基于能效最优的功率分配算法。所提算法以系统能效最大化为设计目标,以满足指定的系统服务质量(QoS, quality of service)为约束条件,建立了以源节点和中继节点发射功率为设计变量的数学优化模型。通过大信噪比区间近似等效,将原始的非凸优化问题转化为凸优化问题。再利用拉格朗日对偶函数凸优化算法,并借助于Lambert 函数,最终得到一种功率分配方案的闭合形式解,避免了采用交替迭代方法来求解最优化问题。相比传统以系统频谱效率最大化为目标的算法,所提算法能更好地提升系统整体能效,同时降低了功率分配算法的复杂度。     

多无人机辅助移动用户通信的功率分配和航迹优化

针对多无人机辅助移动用户通信的下行无线传输系统,提出了一种用户吞吐量最大化的多无人机发送功率和飞行航迹分簇优化方法。考虑每架无人机服务的用户分簇、发送功率分配和飞行航迹规划,构建了一个多无人机辅助多用户通信的吞吐量最大化问题。通过引入辅助变量和分离耦合变量的方法,将非凸问题分解为两个近似凸优化问题;再基于贪婪算法的思想和连续凸逼近方法,对两个近似凸优化问题进行迭代交替优化,得到原非凸问题的一个近似次优解。仿真结果表明,所提优化方法能够有效提高用户数据吞吐量。     

蜂窝物联网中短包域能量效率最大化波束成形优化与设计

为了满足未来蜂窝物联网(IoT)中超高可靠和超低时延的要求,该文提出一种适用于多小区多用户超高可靠极低时延网络短包域公平性能量效率最大化算法。首先,以最小用户传输速率、每个发射机最大功率等约束为限制,构建了一个关于波束成形矢量的非线性分式规划资源配置模型。随后,采用变量代换、连续凸近似等技术,将原始非凸优化问题转化为标准的凸问题,进而提出一种短包域迭代能量效率最优化方法进行求解。最后,数值仿真结果验证了所提算法在短包域具有良好的能量效率性能。     

基于非理想感知的认知无线电系统感知时间与频谱分配联合优化算法

针对非理想感知情况下感知时间与频谱分配联合优化问题,同时考虑漏检与主用户重新占用频谱两种场景所造成的主次用户碰撞,并通过量化主用户对认知用户的干扰,给出有无主用户存在时认知系统可获得的吞吐量。在总传输功率约束以及对主用户的最大干扰功率约束两个限制条件下,以最大化系统平均吞吐量为优化目标,给出感知时间与频谱分配联合优化算法。算法首先通过折半法搜索最优感知时间,在既定的感知时间下,将子信道分配给能获得最大平均吞吐量的认知用户,在此基础上,利用凸优化相关理论求得最优功率分配。仿真结果表明,本文所提算法相比于传统频谱分配算法系统平均吞吐量性能提升了10%左右。     

基于IRS辅助的MIMO车联网系统联合波束成形设计

针对MIMO车联网系统中V2I和V2V共享频谱的情形,提出了一种IRS辅助的联合波束成形设计方法。在保证V2V用户数据速率需求、V2I基站发射功率受限和IRS反射相移模约束等条件下,以最大化V2I用户的信道容量为目标,联合优化基站端发送预编码和IRS端的反射相移矩阵。采用最小均方误差规则、矩阵分析理论和内逼算法把非凸且变量耦合的优化问题转换为解耦后的凸优化问题,并提出一种交替迭代优化算法获得原问题的解。对所提算法的性能进行仿真,分析了IRS反射单元数、IRS部署位置和车速对车联网频谱效率的影响。仿真结果表明,所提算法收敛性较好,若在基站附近部署IRS,利用所提的联合波束成形方法能最大限度地提高车联网频谱效率。     

多点协作下行链路单调协同波束形成算法

研究了单基站功率约束条件下的多点协作多输入单输出干扰下行链路系统的和速率最大化非凸优化问题。为有效求解和速率最大化优化问题,首先采用分层优化方法将和速率最大化优化问题分解成发射功率最小化优化问题和单输入单输出干扰信道的和速率最大化优化问题;其次利用二阶锥规划优化方法求解发射功率最小化优化问题;然后利用凸近似和几何规划方法求解单输入单输出干扰信道的和速率最大化优化问题;最后通过交替求解这两个子优化问题,进而提出了一种新颖的单调协同多点波束成形算法;而且利用单有界序列原理证明了所提算法的收敛性。数值仿真表明所提算法只需约四次迭代即可收敛到稳定点,而且所获得的最优性能非常接近穷举搜索算法的最优性能。      

基于硬件损伤的异构网络鲁棒安全资源分配算法

针对多蜂窝多用户异构网络中收发机处信号畸变、用户信息泄露和传输中断等问题,该文提出一种基于硬件损伤的异构网络鲁棒安全资源分配算法。考虑小蜂窝用户最小安全速率约束、小蜂窝基站最大发射功率约束和宏用户干扰功率约束,建立了基于有界信道不确定性的能效最大化资源分配模型。基于Dinkelbach法、最坏准则法和连续凸近似理论,将原非凸资源分配问题等价转换为凸优化问题,并利用拉格朗日对偶算法得到解析解。仿真结果表明,与现有算法相比,所提算法具有较好的能效和鲁棒性。     

面向空天地异构网络的边缘计算部分任务卸载策略

空天地异构网络作为一种新型网络构架,是未来6G实现泛在连接的关键支撑。该文提出一种面向空天地异构网络(SAGIN)的移动边缘计算部分任务卸载方案。首先,分析了低轨(LEO)卫星的覆盖时间。其次,联合考虑用户与无人机(UAV)匹配关联因子、任务分配、带宽分配、无人机计算资源分配以及无人机轨迹,旨在建立一个能耗最小化问题。最后,采用交替迭代优化算法,将原非凸问题分解为3个子问题,并利用变量替换和连续凸逼近方法将问题转化为凸问题进行求解。仿真结果表明,所提算法具有良好的收敛性能,并有效地降低系统能耗。     

多标签无线供电反向散射通信网络能效优化算法

为了提高物联网(IoT)节点的运行周期和能量利用率,该文提出一种多标签无线供电反向散射通信网络能效最大化资源分配算法。考虑传输速率约束、能量收集约束以及发射功率约束,建立了基于系统能效最大化的资源分配模型。利用Dinkelbach理论、2次变换以及变量替换法,将原分式非凸问题转化为可求解的凸优化问题。通过拉格朗日对偶理论求得优化问题的全局最优解。仿真结果表明,该算法具有较好的收敛性和能效。     

基于IRS辅助的SWIPT物联网系统安全波束成形设计

为满足绿色万物互联的智能信号处理部署和物理层安全的新要求,针对基于智能反射面辅助的无线携能通信物联网系统中可持续能量供应紧缺问题,提出了一种安全波束成形设计方法.考虑保密速率、发射功率和IRS反射相移约束,以最大化能量采集器采集功率为目标,联合优化基站发射波束成形矩阵和干扰机协方差矩阵以及IRS相移,将优化问题建模为具...     

存在窃听用户下基于SWIPT的协作NOMA网络能效分析

针对基于携能同传(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)的协作非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)网络,提出了一种存在窃听用户下远端用户能效最大化的多维资源分配方法.在考虑近端用户安全传输...     

面向窃听用户的RIS-MISO系统鲁棒资源分配算法

针对信道不确定性影响、用户信息泄露和能效提升等问题,该文提出一种基于不完美信道状态信息的可重构智能反射面(RIS)多输入单输出系统鲁棒资源分配算法。首先,考虑能量收集最小接收功率约束、合法用户最小保密速率约束、基站最大发射功率约束及RIS相移约束,基于有界信道不确定性,建立一个联合优化基站主动波束、能量波束、RIS相移矩阵的多变量耦合非线性资源分配问题。然后,利用Dinkelbach,S-procedure和交替优化方法,将原非凸问题转换成确定性凸优化问题,并提出一种基于连续凸近似的交替优化算法。仿真结果表明,与传统非鲁棒算法对比,所提算法具有较低的中断概率。     

Computation energy efficiency maximization based resource allocation scheme in wireless powered mobile edge computing network

For wireless powered mobile edge computing (MEC) network,a system computation energy efficiency (CEE) maximization scheme by considering the limited computation capacity at the MEC server side was proposed.Specifically,a CEE maximization optimization problem was formulated by jointly optimizing the computing frequencies and execution time of the MEC server and the edge user(EU),the transmit power and offloading time of each EU,the energy harvesting time and the transmit power of the power beacon.Since the formulated optimization problem was a non-convex fractional optimization problem and hard to solve,the formulated problem was firstly transformed into a non-convex subtraction problem by means of the generalized fractional programming theory and then transform the subtraction problem into an equivalent convex problem by introducing a series of auxiliary variables.On this basis,an iterative algorithm to obtain the optimal solutions was proposed.Simulation results verify the fast convergence of the proposed algorithm and show that the proposed resource allocation scheme can achieve a higher CEE by comparing with other schemes.     

基于能量收集的UAV-D2D网络资源分配算法

为更好地利用周围环境中的射频信号能量,提升终端直连(D2D)通信的运行时间和无人机(UAV)通信的频谱利用率,该文提出一种基于能量收集的UAV-D2D网络资源分配算法.考虑UAV最大发射功率和移动性约束,蜂窝用户和D2D用户的最小速率约束,建立了系统和速率最大化的多变量耦合资源分配问题.利用连续凸近似和变量替换方法将混...