无线携能通信系统中的吞吐量最优化全双工中继选择策略

针对无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)系统中全双工中继网络的最优中继选择问题,以最优化系统吞吐量为目标,提出一种基于功率分配协作的SWIPT全双工中继选择策略.该策略基于自能量回收技术实现了对全双工系统自干扰的消除,以此提...     

基于缓存辅助的全双工无线携能通信系统的中继选择策略

为了提高无线携能通信(SWIPT)系统的性能,构建了一个全新的基于缓存辅助的全双工中继协作系统模型,并在系统中考虑了空闲能量接入点(EAP)作为中继节点的额外能量补充.对于系统吞吐量最优化问题,提出一种基于功率分配协作的SWIPT中继选择策略.首先,基于通信服务质量与源节点发射功率等约束建立问题模型;其次,通过数学变换...     

具有SWIPT和自能量回收的非分时全双工中继系统

应用无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer, SWIPT)技术实现基于无线射频信号的信息与能量传输,提出在基于无线射频网络中采用SWIPT技术的具有自能量回收的非分时全双工中继系统.该系统利用网络中多个可供电无线设备作为能量接入点(energy access point, EAP),能量受限的中继采用功率分配方案,实现信息传输、能量捕获和协作传输在1个时间块中同步进行.以最大化系统吞吐量作为优化目标,采用二次优化、半定松弛和变量消减等方法将原多变量非凸问题转换为半定规划问题,运用拉格朗日方法进行问题求解,通过联合优化中继发射功率、中继发射波束成形向量和功率分配比率,提高系统的性能增益.实验结果表明了所提出系统的吞吐量在解码转发(decode-and-forward, DF)协议下优于在放大转发(amplify-and-forward, AF)协议下;在中继从源节点捕获的能量有限时,通过增加EAP的数量来提高系统捕获的能量能有效提高系统运行速率;验证了与HD-SWIPT(half-duplex with SWIPT)和FD-no-SWIPT(full-duplex without SWIPT)中继系统相比,所提出的系统在提高系统性能方面具有更好的增益.     

全双工无线携能通信速率最大化波束赋形研究

针对全双工无线携能通信系统,提出了一种基于系统和速率最大化准则的波束赋形联合优化方案。该方案以系统和速率最大化为目标,在保证上行/下行链路的最大发射功率约束及最小能量收获需求的同时,实现了信息速率和频谱效率的同步改善。由于速率问题为非凸问题,首先采用半定松弛及一阶泰勒近似方法将其转换为凸优化问题,然后结合基于逐次凸近似的迭代算法分别求解最优的信息波束赋形矢量和能量波束赋形矢量。仿真结果表明,所提方案相比传统方案性能更优,实现了系统和速率的有效提高。     

干扰影响下无线携能通信双向中继系统中断性能分析

在无线携能通信双向中继系统中,大量无线信息发射源会导致系统性能受到同频干扰的影响。以基于射频能量收集的双向中继网络为研究对象,结合功率分离能量收集和解码转发信息转发方式,建立中继和接收端分别受到多个干扰源影响下的无线携能通信双向中继通信系统传输模型,在3个时隙信息能量同传的传输帧结构下,得到系统端到端信干噪比,并分析该传输模型下的中断性能。利用数学推导得出该系统在瑞利信道环境下的端到端信干噪比的累积分布函数闭式解,在此基础上求解中断概率闭式值,并通过数值仿真探讨干扰源个数、干扰功率以及功率分割比对系统中断概率的影响。仿真结果表明,所求中断概率闭式表达式与蒙特卡洛仿真中断概率曲线完全吻合,双向中继传输能有效降低系统中断概率,其中干扰源个数越多、干扰功率越大对系统的中断性能影响越大,但不影响系统的分集度,并且存在一个最优功率分割比值可使系统的中断性能达到最优,从而提升整个系统的传输性能。     

面向无线传感器网络的无线携能通信研究

能量受限是无线传感器网络应用的瓶颈问题,为了使无线传感器网络获得稳定持续的能量来源,提出将无线携能通信（ SWIPT）技术应用到无线传感器网络中。基于时分多址（ TDMA）的通信方式建立了适应于无线传感器网络的无线携能通信系统新优化模型。通过凸优化问题的求解得到该优化模型的最优分配策略。利用仿真实验对无线携能通信在无线传感器网络中应用的可行性进行了分析,对方法的有效性进行了验证。     

基于超声波的无线携能通信研究

无线携能通信是将无线能量传输与无线信息传输相结合的产物。近年来,以无线电波作为媒介的携能通信研究十分火热,而以超声波作为媒介的方式却没有得到足够关注。从超声波的传能机制出发,提出超声波换能器的设计要求;从超声波的通信机制出发,研究超声波通信的调制方式及信道特性;从功率分配角度出发,建立了速率-能量折衷模型,提出了适用于不同应用场景的动态功率分配算法,建立了基于超声波的无线携能通信系统模型。     

无线携能通信下mmWave协作通信小单元的能效最优策略

针对无线携能通信(SWIPT)网络中的能量与信息同时传输阶段的优化问题,以最大化链路能量效率为目标,提出一种SWIPT下mmWave协作通信小单元的能效最优策略。该策略在最小链路传输速率和最小收集能量的联合约束下,在能量受限型用户设备的接收端采用功率分流工作模式,通过优化发射功率控制和功率分流因子,最大化系统链路能量效率。针对原问题是一个非凸的分式规划问题,具有NP难性质,采用Dinkelbach方法将目标函数转化为易于求解的凸优化问题,并设计一个交叉迭代的算法求出最优解。仿真实验结果表明,提出的策略在优化系统能量效率性能上要优于传统功率控制方法和最大发射功率法。     

一种全双工认知中继网络中实现能量高效的安全传输方法

在“绿色”安全通信背景下,提出了一种保证同时同频全双工认知中继网络物理层安全、不影响主用户性能且能量高效的中继簇功率分配方案,该网络包含两个认知源节点、多个认知中继节点、多个主用户节点以及多个主用户窃听节点。在考虑了自干扰消除率以及中继转发信息的公平性的基础上,分别针对中继节点选择放大转发与译码转发策略的情形,设计协作波束成形向量及人工噪声矩阵,并通过一种结合半定松弛技术的爬山算法来获取最优解。仿真结果与理论分析表明了方案的有效性与合理性,同时表明选择放大转发策略能够获取更高的总能量效率。     

无线携能通信系统中基于人工噪声的波束成形算法研究

在存在多天线窃听者的情况下,研究了无线携能通信系统的物理层安全传输问题。传统上,人工噪声方案是一种保证物理层安全通信的有效策略。因此,提出了一种人工噪声辅助的波束成形算法,以提高信息与能量联合传输的安全性。该算法在满足多项约束（接收端能量采集门限、信息泄漏控制指标和发送功率）的基础上,通过优化波束成形预编码矩阵和人工噪声实现无线携能通信系统的物理层安全通信。在数学上该算法是一个非凸优化问题,不易求解。为此,首先引入最小均方误差接收算法和连续凸近似方法将其转换为凸的二阶锥规划子问题,然后对该凸问题进行迭代求解。仿真结果表明,该算法能够在保证窃听者无法解码信息的同时,实现信息和能量的联合传输,并且算法收敛速度快。