无线供能反向散射通信中能耗最小化资源分配方法

针对无线供能反向散射通信网络,提出了一种满足传感设备通信需求及能量因果的专用能量站能耗最小化资源分配方法。在考虑非线性能量收集模型及不完美串行干扰消除基础上,通过联合优化专用能量站发射功率、传感设备反向散射通信时间、反向散射系数及其能量收集时间,构建了一个专用能量站能耗最小化的非凸多维资源分配问题。首先,构建辅助变量对反向散射系数与时间进行解耦,再利用目标函数是关于专用能量站发射功率的单调递减函数这一特性来设计一种基于二分法的迭代算法来获取原问题的最优解。仿真验证了所提算法的快速收敛性,同时,与同类算法相比,所提方法可为专用能量站节约更多的能量。     

全双工环境反向散射通信网络的绿色物联网

基于物联网的瓶颈问题,对将作为未来物联网核心技术的反向散射技术进行分析和研究。首先研究传统的反向散射技术在射频识别系统中的应用,并进一步探讨存在的问题与不足;随后基于物联网射频识别技术的局限性及在新型反向散射技术,描叙一种全双工环境反向通信网络系统模型。该模型通过一种环境反向散射通信网络访问方式,即在接入全双工接入点的同时向其用户发送下行正交频分复用信号,并以时分多址接收从多个反向散射设备反向散射的上行链路信号。环境反向散射通信通过环境中射频载波传输信息的反向散射设备无线供电,更加环保和节能,满足未来物联网对能源、成本和复杂性的严格限制。     

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。     

基于不完美CSI的认知反向散射通信吞吐量最大化算法

为了提高频谱传输效率和抑制信道不确定性影响,该文提出一种基于不完美信道状态信息的认知反向散射通信吞吐量最大化算法。首先,考虑主基站最大发射功率、传输时间、用户服务质量、有界信道不确定性等约束,建立了联合优化主基站波束、传输时间、反射系数的多变量耦合的非线性鲁棒吞吐量最大化模型。其次,利用最坏准则、S-Procedure、连续凸近似和交替优化方法,将原问题转换为凸优化问题,并提出一种基于迭代的鲁棒资源分配算法。仿真结果表明,与非鲁棒算法对比,所提算法具有较好的吞吐量和鲁棒性,且中断概率减小2.39%。     

无人机辅助反向散射通信计算任务卸载与资源分配

针对边缘计算网络中用户能量短缺问题,该文提出一种无人机(UAV)辅助的反向散射通信网络计算任务卸载和资源分配方案。首先,通过联合考虑飞行轨迹、用户的计算频率、任务卸载比例、无人机及用户的发射功率、反向散射时间分配以及主动通信时间分配,构建最小化无人机总能耗优化问题。其次,利用交替优化算法,将原非凸问题分解为两个子问题,并通过连续凸逼近方法将原问题转化为凸问题进行求解。仿真结果表明,所提算法使得无人机能耗显著减少,且具有良好的收敛性。     

基于硬件损伤的认知反向散射通信网络鲁棒安全资源分配算法

为了提高反向散射通信网络频谱效率、传输鲁棒性及信息安全性,该文提出一种基于硬件损伤的认知反向散射通信网络鲁棒安全资源分配算法。首先,考虑认知反向散射用户的最小安全速率、传输时间、能量收集和反射系数等约束,基于有界信道不确定性和频谱感知误差模型,建立一个多变量耦合的吞吐量最大化非凸资源分配问题。其次,利用最坏准则、连续凸近似和交替优化方法,将原问题转换为凸优化问题,并提出一种基于迭代的鲁棒资源分配算法。仿真结果表明,与现有算法对比,所提算法具有较好的鲁棒性。     

无线传感器网络协作通信技术的能量效率研究

文章以传统SISO处理技术为对比对象,在对协作MIMO系统能量损耗构成情况进行分析的基础之上,对比了SISO与MIMO在能量损耗方面的性能差异,证实了协作MIMO系统对于降低能量损耗提高能量效率的重要价值,望能够引起重视与关注。     

绿色无线认知供能通信网络研究

目前,信息和通信技术行业约占全球能源消耗的2%～6%,其中很大一部分来自无线和移动通信行业。随着无线数据应用的激增,无线技术在全球范围内继续以前所未有的速度增长。这导致了基站安装数量的增加,对电网和设备功耗的要求也更高,使全球碳足迹增加。因此,当前的无线认知供能通信网络需要在不同的层面上(从组件、电路、设备到协议、系统和网络)采用环保的绿色通信技术。文章阐述了绿色无线认知供能通信网络设计的4个基本权衡,从香农容量公式的角度对其进行分析,并总结了最新研究进展及未来发展方向。     

面向隐蔽双站反向散射网络的性能优化

针对双站反向散射通信（Backscatter Communication,BackCom）网络易遭受恶意窃听的问题,提出了隐蔽双站BackCom网络。推导了窃听者检测错误概率和BackCom传输中断概率来刻画其信息传输的隐蔽性与可靠性,并提出一种方法在满足隐蔽性约束下来进一步提高系统的传输性能。利用统计信道状态信息,在高信噪比条件下依次推导窃听者检测错误概率BackCom中断概率的闭合表达式。通过联合优化窃听者的检测阈值和BackCom发射机的反射系数,构建一个BackCom传输中断概率最小化的非凸多维资源分配问题。为了解决该非凸问题,采用块坐标下降法（Block Coordinate Descent,BCD）将其分解为两个子问题。在此基础上,深入分析子问题的结构特性并利用目标函数关于反射系数的单调递减特性设计一种基于BCD的迭代算法,以此求解转换问题。仿真结果验证了分析结果的正确性并且所提方案能够提升基准方案的性能,当传输速率为0.1 Mb/s时,系统的中断概率能够降低至10-2;对于较大传输速率,系统的中断概率仍保持在10-1以下。     

无线供电混合多址接入网络的资源分配

无线供电技术是延长无线网络节点寿命的有效方案。该文研究一个由基站和多个分簇用户组成的无线供电混合多址接入系统。系统的传输分为两个阶段。在第1阶段,基站向用户广播能量;在第2阶段,用户向基站传输信息。用户簇和用户簇之间采用时分多址接入,分时传输;同一簇内多个用户采用非正交多址接入,同时传输。该文研究联合优化系统的各阶段的传输时间、基站的发射功率、用户的发射功率等资源,分别以优化网络频谱效率和用户簇之间的公平性为目的,提出最大化网络吞吐量和最大化用户簇的最小吞吐量的联合资源分配算法。研究结果表明所提的两种算法分别能有效提高系统的频谱效率和保证用户簇之间的公平性。     

Adaptive Secure Transmission for Wireless Powered Communication Networks

This paper investigates secure transmission in a wireless powered communication network(WPCN)with an energy harvesting(EH)source configured with multiple antennas.In the WPCN,the EH source harvests energy from the radio frequency(RF)signals broadcasted by a power beacon(PB),and purely relies on the harvested energy to communicate with the destination in the presence of passive eavesdroppers.It is noteworthy that the RF-EH source is equipped with a finite energy storage to accumulate the harvested energy for the future usage.Moreover,due to energy-constraint and complexitylimitation,the multi-antenna source is only configured with a single RF-chain.To enhance the security for the WPCN,we propose two adaptive transmission schemes,i.e.,energy-aware transmit antenna selection(EATAS)and energy-aware differential spatial modulation(EADSM).According to the energy status and the channel quality,the source adaptively decides whether to transmit confidential information or harvest RF energy.To evaluate the secrecy performance of the proposed schemes,we first study the evolution of the energy storage,and then derive the analytical expressions of connection outage probability(COP),secrecy outage probability(SOP)and efficient secrecy throughput(EST).Numerical results demonstrate that our proposed schemes outperform the existing schemes,i.e.,time-switching based TAS(TS-TAS)Received:May 19,2020 Revised:Sep.13,2020 Editor:Deli Qiao and accumulate-then-transmit(ATT).And,increasing the transmit power of the PB or the capacity of the source’s energy storage is helpful to improve the secrecy performance.Moreover,there exists an optimal transmission rate for each proposed scheme to achieve best secrecy performance.     

Full‐Duplex Operations in Wireless Powered Communication Networks

In this paper, a wireless powered communication network (WPCN) consisting of a hybrid access point (H‐AP) and multiple user equipment (UE), all of which operate in full‐duplex (FD), is described. We first propose a transceiver structure that enables FD operation of each UE to simultaneously receive energy in the downlink (DL) and transmit information in the uplink (UL). We then provide an energy usage model in the proposed UE transceiver that accounts for the energy leakage from the transmit chain to the receive chain. It is shown that the throughput of an FD WPCN using the proposed FD UE (FD‐WPCN‐FD) can be maximized by optimal allocation of the UL transmission time to the UE by solving a convex optimization problem. Simulation results reveal that the use of the proposed FD UE efficiently improves the throughput of a WPCN with a practical self‐interference cancellation capability at the H‐AP. Compared to the WPCN with FD H‐AP and half‐duplex (HD) UE, FD‐WPCN‐FD achieved an 18% throughput gain. In addition, the throughput of FD‐WPCN‐FD was shown to be 25% greater than that of WPCN in which an H‐AP and UE operated in HD.     

基于效用的无线传感器网络能量分配优化策略

该文对传感器网络在能量受限条件下的数据传输进行建模,提出了一种基于效用最大化的网络优化模型。该模型刻画了传感器网络节点之间在能量消耗方面的耦合关系。该文通过引入松弛变量和采用对偶分解技术,获得传感器网络能量控制的分布式算法。实验表明,该算法对所有的节点能收敛到速率和能量之间的帕累托(Pareto)最优平衡。     

Bio-Inspired Algorithms for Dynamic Resource Allocation in Cognitive Wireless Networks

Regulation will experience enormous changes in the near future resulting in seamless connectivity by spectrum borders. A promising approach in this context is dynamic spectrum allocation which leads to a more flexible access to spectral resources by employing intelligent radio devices called cognitive radios. This paper is concerned with bio-inspired approaches that exploit distribution in multi-radio environments where many users have to share a finite resource harmoniously. Three applications of bio-inspired techniques are described. The first one deals with the detection of spectrum holes whereas the second one describes resource allocation in orthogonal frequency division multiple access based systems. The third one is concerned with distributed resource auctioning.

无线供电混合多址接入网络的最优能效资源分配研究

在能量受限的通信系统中，能量效率是衡量系统性能的关键指标.本文研究由一个基站和多个分簇用户组成的无线供电混合非正交多址接入系统.在该网络中，基站通过无线能量传输方式给用户供能，用户则利用收集到的能量向基站传输各自的信息.为降低基站的接收解码复杂度，用户采用分簇的方式进行信息传输：簇间用户的信息传输采用时分多址方式，而簇内用户的信息传输采用非正交多址方式.通过联合分配能量传输与信息传输的时间长度以及控制基站和用户的发射功率来实现网络能量效率的最大化.由于涉及的优化问题是非凸的，本文先通过寻找问题最优解的结构，然后根据分式规划理论，提出了一种新的迭代资源分配算法来求解该问题.仿真结果表明，与"吞吐量最大化策略"和 "固定时间分配策略"两种基准策略相比，所提出的算法显著提高了网络的能量效率.     

Performance of Wireless Powered Multi-user Multi-relay Communication Networks with Outdated CSI

Wireless Personal Communications - In this paper, we investigate the wireless powered multi-user multi-relay communication network, in which only relay nodes need energy harvesting with power...