无小区大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)与非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)都是未来6G的使能技术。无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术在进...无小区大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)与非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)都是未来6G的使能技术。无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术在进行信息解码的同时收集能量,与无小区大规模MIMO-NOMA优势互补。文中基于SWIPT研究无小区大规模MIMO-NOMA系统中的能量效率问题,通过联合优化功率分配系数和SWIPT的时隙切换(Time Switching,TS)系数,提高系统的能量效率。为了最大化能量效率,采用布谷鸟算法设计功率分配系数。考虑一种特殊情况,将所有终端的TS系数设置相同,进而推导了最佳TS系数的封闭表达式。仿真结果表明,相较于几种已有方案,文中提出的优化方案可以显著提升系统的能量效率。展开更多
为了提高无线携能通信(Simultaneous Wireless nformation and Power Transfer,SWIPT)通信系统的安全性,同时克服系统收发机硬件损伤(Hardware Impairments,HIs)的影响,提出一种硬件损伤下的智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,...为了提高无线携能通信(Simultaneous Wireless nformation and Power Transfer,SWIPT)通信系统的安全性,同时克服系统收发机硬件损伤(Hardware Impairments,HIs)的影响,提出一种硬件损伤下的智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)辅助的SWIPT系统安全波束成形设计方法.考虑能量接收设备为潜在的窃听者,在基站最大发射功率、最小接收能量和IRS相移约束下,通过联合优化基站波束赋形矢量、人工噪声矢量和IRS的相移矩阵,构建系统安全速率最大化问题.针对该优化问题是非凸的,且优化变量是耦合的,提出一种基于交替优化和半正定松弛的有效算法来次优地解决该问题.仿真结果表明,本文所提算法能够在保障能量需求的同时,提升系统的安全性和抗硬件损伤能力.展开更多
本文研究了在毫微微蜂窝网络(femtocell network,FN)中,协同双小区系统的非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)与无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)下行协作通信的中断性能,...本文研究了在毫微微蜂窝网络(femtocell network,FN)中,协同双小区系统的非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)与无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)下行协作通信的中断性能,提出了一种边缘用户在邻基站及源基站随机中心用户共同协作的下行接入方案。所提方案共分为两个时隙:第一时隙内由两基站向所有用户广播叠加信号,提供中继服务的中心用户对其所接收的叠加信号逐级解码并收集能量。第二时隙,中心用户将其第一时隙内所收集的能量作为额外功率资源,在优先保证自身通信质量的前提下对成功解码的边缘用户信息进行再编码转发。基于空间均质泊松点过程(Poisson point process,PPP)中心用户的位置模型,推导了中心用户与边缘用户平均中断概率的表达式,进行了蒙特卡罗仿真验证,同时分析了各仿真参数(中心用户分布半径、用户阈值速率、路径损耗指数等)与中心用户、边缘用户平均中断概率的关系。结果表明:所提方案可以改善边缘用户的下行接入中断性能和系统吞吐量。展开更多
为了提高无线通信系统的安全性,基于功率分割型无线携能通信(Power Splitting⁃Simultane⁃ous Wireless Information and Power Transfer,PS⁃SWIPT)模型,提出了一种有源可重构智能表面(Ac⁃tive Reconfigurable Intelligent Surface,ARIS...为了提高无线通信系统的安全性,基于功率分割型无线携能通信(Power Splitting⁃Simultane⁃ous Wireless Information and Power Transfer,PS⁃SWIPT)模型,提出了一种有源可重构智能表面(Ac⁃tive Reconfigurable Intelligent Surface,ARIS)辅助PS⁃SWIPT系统(ARIS⁃PS⁃SWIPT)的安全传输方案。综合考虑ARIS⁃PS⁃SWIPT系统的能量效率和安全性,构造了安全能效最大化问题,通过联合优化基站的波束成形向量、ARIS的反射系数矩阵,以及合法用户的功率分割比值,提升ARIS⁃PS⁃SWIPT系统的安全能效。由于所构建的优化问题为非凸问题,利用交替优化(Alternating Optimiza⁃tion,AO)算法将原问题分解为3个子问题,并进一步通过半正定松弛(Semi⁃Definite Relaxation,SDR)和Dinkelbach方法获得子问题的优化解。仿真结果表明,ARIS⁃PS⁃SWIPT方案在安全能效方面优于PRIS辅助PS⁃SWIPT(PRIS⁃PS⁃SWIPT)方案和放大转发辅助PS⁃SWIPT(AF⁃PS⁃SWIPT)方案,且所提算法相较于遗传算法(Genetic Algorithm,GA),对求解该类问题具备更高的适应性,并且获得了更高的安全能效。展开更多
针对能量受限多中继网络的物理层安全中断性能问题,提出了基于无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)的多中继网络物理层安全传输方案。该方案在中继节点处采用中继选择策略以及混合功率和时间分...针对能量受限多中继网络的物理层安全中断性能问题,提出了基于无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)的多中继网络物理层安全传输方案。该方案在中继节点处采用中继选择策略以及混合功率和时间分割协议来实现网络安全速率最大化。对于提出的网络安全中断性能问题,首先计算出任意链路的安全中断概率闭合表达式,然后利用瑞利衰落信道的独立性和高斯切比雪夫等式,推导出了网络安全中断概率闭合表达式。为了进一步分析理论结果,推导出了在高发射功率下的网络安全中断概率闭合表达式。仿真结果验证了理论分析的正确性。仿真结果表明,增加网络中继节点数量可以显著地降低网络安全中断概率。与功率分割协议和时间切换协议相比,低发射功率下采用混合功率分割和时间转换协议能有效地提高网络安全中断性能。展开更多
针对协作非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)系统中用户充当中继并存在窃听者的场景,提出了一种新型协作干扰传输方案,以提高该系统的安全性。在第一时隙,基站将混合信号进行广播,同时为了干扰窃听者,信道条件较差的...针对协作非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)系统中用户充当中继并存在窃听者的场景,提出了一种新型协作干扰传输方案,以提高该系统的安全性。在第一时隙,基站将混合信号进行广播,同时为了干扰窃听者,信道条件较差的用户采用全双工的工作模式,发出协作干扰信号对窃听者进行干扰。在第二时隙,信道条件较好的用户充当中继将己解码的信息转发给信道条件较差的用户,同时信道条件较差的用户继续发出协作干扰信号以干扰窃听者。充当中继的用户由于功耗过大可能会引起该节点供能不足,因此对该节点引入无线携能(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术构成SWIPT-NOMA系统。为了衡量针对SWIPT-NOMA系统所提出的新型传输方案的安全性能,推导了用户的保密中断概率的表达式并仿真验证了该方案的有效性。展开更多
以智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助的无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)系统为背景,研究了该系统中基于能效优先的多天线发送端有源波束成形与IRS无源波束成形联合设计与...以智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助的无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)系统为背景,研究了该系统中基于能效优先的多天线发送端有源波束成形与IRS无源波束成形联合设计与优化方法。以最大化接收端的最小能效为优化目标,构造在发送端功率、接收端能量阈值、IRS相移等多约束下的非线性优化问题,用交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)求解。采用Dinkelbach算法转化目标函数,通过奇异值分解(singular value decomposition,SVD)和半定松弛(semi-definite relaxation,SDR)得到发送端有源波束成形向量。采用SDR得到IRS相移矩阵与反射波束成形向量。结果表明,该系统显著降低了系统能量收集(energy harvesting,EH)接收端的能量阈值。当系统总电路功耗为−15 dBm时,所提方案的用户能效为300 KB/J。当IRS反射阵源数与发送天线数均为最大值时,系统可达最大能效。展开更多
在全双工多中继协作无线携能通信网络中,传统的中继选择算法未考虑到未被选择中继的闲置利用问题,导致中继数量增加时网络的性能浪费愈加严重,如何开发未被选择中继的剩余潜能成为提升网络性能的关键。对此,设计了一种新的HTT(Harvest t...在全双工多中继协作无线携能通信网络中,传统的中继选择算法未考虑到未被选择中继的闲置利用问题,导致中继数量增加时网络的性能浪费愈加严重,如何开发未被选择中继的剩余潜能成为提升网络性能的关键。对此,设计了一种新的HTT(Harvest then Transmit)功率消耗方案,在中继配备电池的情形下,通过充分利用中继处的能量收集模块增加了被选择中继处的发射功率,从而进一步提升了系统容量。此外,针对提出的新的HTT功率消耗方案,考虑了BIKT(Battery Information Known at Transmitter)和BIUT(Battery Information Unknown at Transmitter)两种应用场景。仿真实验的结果表明,3种中继选择算法,即单中继选择算法、贪婪中继选择算法和穷竭搜索算法,在采用提出的新的HTT功率消耗方案后,无论是应用于BIKT场景还是BIUT场景均能有效提升系统容量并降低中断概率。展开更多
文摘无小区大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)与非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)都是未来6G的使能技术。无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术在进行信息解码的同时收集能量,与无小区大规模MIMO-NOMA优势互补。文中基于SWIPT研究无小区大规模MIMO-NOMA系统中的能量效率问题,通过联合优化功率分配系数和SWIPT的时隙切换(Time Switching,TS)系数,提高系统的能量效率。为了最大化能量效率,采用布谷鸟算法设计功率分配系数。考虑一种特殊情况,将所有终端的TS系数设置相同,进而推导了最佳TS系数的封闭表达式。仿真结果表明,相较于几种已有方案,文中提出的优化方案可以显著提升系统的能量效率。
文摘为了提高无线携能通信(Simultaneous Wireless nformation and Power Transfer,SWIPT)通信系统的安全性,同时克服系统收发机硬件损伤(Hardware Impairments,HIs)的影响,提出一种硬件损伤下的智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)辅助的SWIPT系统安全波束成形设计方法.考虑能量接收设备为潜在的窃听者,在基站最大发射功率、最小接收能量和IRS相移约束下,通过联合优化基站波束赋形矢量、人工噪声矢量和IRS的相移矩阵,构建系统安全速率最大化问题.针对该优化问题是非凸的,且优化变量是耦合的,提出一种基于交替优化和半正定松弛的有效算法来次优地解决该问题.仿真结果表明,本文所提算法能够在保障能量需求的同时,提升系统的安全性和抗硬件损伤能力.
文摘本文研究了在毫微微蜂窝网络(femtocell network,FN)中,协同双小区系统的非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)与无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)下行协作通信的中断性能,提出了一种边缘用户在邻基站及源基站随机中心用户共同协作的下行接入方案。所提方案共分为两个时隙:第一时隙内由两基站向所有用户广播叠加信号,提供中继服务的中心用户对其所接收的叠加信号逐级解码并收集能量。第二时隙,中心用户将其第一时隙内所收集的能量作为额外功率资源,在优先保证自身通信质量的前提下对成功解码的边缘用户信息进行再编码转发。基于空间均质泊松点过程(Poisson point process,PPP)中心用户的位置模型,推导了中心用户与边缘用户平均中断概率的表达式,进行了蒙特卡罗仿真验证,同时分析了各仿真参数(中心用户分布半径、用户阈值速率、路径损耗指数等)与中心用户、边缘用户平均中断概率的关系。结果表明:所提方案可以改善边缘用户的下行接入中断性能和系统吞吐量。
文摘为了提高无线通信系统的安全性,基于功率分割型无线携能通信(Power Splitting⁃Simultane⁃ous Wireless Information and Power Transfer,PS⁃SWIPT)模型,提出了一种有源可重构智能表面(Ac⁃tive Reconfigurable Intelligent Surface,ARIS)辅助PS⁃SWIPT系统(ARIS⁃PS⁃SWIPT)的安全传输方案。综合考虑ARIS⁃PS⁃SWIPT系统的能量效率和安全性,构造了安全能效最大化问题,通过联合优化基站的波束成形向量、ARIS的反射系数矩阵,以及合法用户的功率分割比值,提升ARIS⁃PS⁃SWIPT系统的安全能效。由于所构建的优化问题为非凸问题,利用交替优化(Alternating Optimiza⁃tion,AO)算法将原问题分解为3个子问题,并进一步通过半正定松弛(Semi⁃Definite Relaxation,SDR)和Dinkelbach方法获得子问题的优化解。仿真结果表明,ARIS⁃PS⁃SWIPT方案在安全能效方面优于PRIS辅助PS⁃SWIPT(PRIS⁃PS⁃SWIPT)方案和放大转发辅助PS⁃SWIPT(AF⁃PS⁃SWIPT)方案,且所提算法相较于遗传算法(Genetic Algorithm,GA),对求解该类问题具备更高的适应性,并且获得了更高的安全能效。
文摘针对能量受限多中继网络的物理层安全中断性能问题,提出了基于无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)的多中继网络物理层安全传输方案。该方案在中继节点处采用中继选择策略以及混合功率和时间分割协议来实现网络安全速率最大化。对于提出的网络安全中断性能问题,首先计算出任意链路的安全中断概率闭合表达式,然后利用瑞利衰落信道的独立性和高斯切比雪夫等式,推导出了网络安全中断概率闭合表达式。为了进一步分析理论结果,推导出了在高发射功率下的网络安全中断概率闭合表达式。仿真结果验证了理论分析的正确性。仿真结果表明,增加网络中继节点数量可以显著地降低网络安全中断概率。与功率分割协议和时间切换协议相比,低发射功率下采用混合功率分割和时间转换协议能有效地提高网络安全中断性能。
文摘针对协作非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)系统中用户充当中继并存在窃听者的场景,提出了一种新型协作干扰传输方案,以提高该系统的安全性。在第一时隙,基站将混合信号进行广播,同时为了干扰窃听者,信道条件较差的用户采用全双工的工作模式,发出协作干扰信号对窃听者进行干扰。在第二时隙,信道条件较好的用户充当中继将己解码的信息转发给信道条件较差的用户,同时信道条件较差的用户继续发出协作干扰信号以干扰窃听者。充当中继的用户由于功耗过大可能会引起该节点供能不足,因此对该节点引入无线携能(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术构成SWIPT-NOMA系统。为了衡量针对SWIPT-NOMA系统所提出的新型传输方案的安全性能,推导了用户的保密中断概率的表达式并仿真验证了该方案的有效性。
文摘以智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助的无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)系统为背景,研究了该系统中基于能效优先的多天线发送端有源波束成形与IRS无源波束成形联合设计与优化方法。以最大化接收端的最小能效为优化目标,构造在发送端功率、接收端能量阈值、IRS相移等多约束下的非线性优化问题,用交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)求解。采用Dinkelbach算法转化目标函数,通过奇异值分解(singular value decomposition,SVD)和半定松弛(semi-definite relaxation,SDR)得到发送端有源波束成形向量。采用SDR得到IRS相移矩阵与反射波束成形向量。结果表明,该系统显著降低了系统能量收集(energy harvesting,EH)接收端的能量阈值。当系统总电路功耗为−15 dBm时,所提方案的用户能效为300 KB/J。当IRS反射阵源数与发送天线数均为最大值时,系统可达最大能效。
文摘在全双工多中继协作无线携能通信网络中,传统的中继选择算法未考虑到未被选择中继的闲置利用问题,导致中继数量增加时网络的性能浪费愈加严重,如何开发未被选择中继的剩余潜能成为提升网络性能的关键。对此,设计了一种新的HTT(Harvest then Transmit)功率消耗方案,在中继配备电池的情形下,通过充分利用中继处的能量收集模块增加了被选择中继处的发射功率,从而进一步提升了系统容量。此外,针对提出的新的HTT功率消耗方案,考虑了BIKT(Battery Information Known at Transmitter)和BIUT(Battery Information Unknown at Transmitter)两种应用场景。仿真实验的结果表明,3种中继选择算法,即单中继选择算法、贪婪中继选择算法和穷竭搜索算法,在采用提出的新的HTT功率消耗方案后,无论是应用于BIKT场景还是BIUT场景均能有效提升系统容量并降低中断概率。
