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Distributionally robust optimization based chance-constrained energy management for hybrid energy powered cellular networks

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Digital Communications and Networks 2023年第3期9卷 797-808页

作者： Pengfei Du hongjiang lei Imran Shafique Ansari Jianbo Du Xiaoli Chu The Engineering Research Center of Intelligent Air-ground Integrated Vehicle and Traffic Control Ministry of EducationXihua UniversityChengdu610039China Chongqing Key Lab of Mobile Communications Technology Chongqing University of Posts and TelecommunicationsChongqing400065China James Watt School of Engineering University of GlasgowGlasgowG128QQUK Shaanxi Key Laboratory of Information Communication Network and Security Xi'an University of Posts and TelecommunicationsXi'an710121China Electronic and Electrical Engineering University of SheffieldSheffieldS102TNUK

Energy harvesting has been recognized as a promising technique with which to effectively reduce carbon emis-sions and electricity expenses of base ***,renewable energy is inherently stochastic and inter-mittent,imposing formidable challenges on reliably satisfying users'time-varying wireless traffic *** addition,the probability distribution of the renewable energy or users’wireless traffic demand is not always fully known in *** this paper,we minimize the total energy cost of a hybrid-energy-powered cellular network by jointly optimizing the energy sharing among base stations,the battery charging and discharging rates,and the energy purchased from the grid under the constraint of a limited battery size at each base *** solving the formulated non-convex chance-constrained stochastic optimization problem,a new ambiguity set is built to characterize the uncertainties in the renewable energy and wireless traffic demands according to interval sets of the mean and *** this ambiguity set,the original optimization problem is transformed into a more tractable second-order cone programming problem by exploiting the distributionally robust optimization ***,a low-complexity distributionally robust chance-constrained energy management algo-rithm,which requires only interval sets of the mean and covariance of stochastic parameters,is *** results of extensive simulation are presented to demonstrate that the proposed algorithm outperforms existing methods in terms of the computational complexity,energy cost,and reliability.

关键词： Cellular networks Energy harvesting Energy management Chance-constrained Distributionally robust optimization

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MIMO全双工双向安全通信系统的预编码矩阵设计

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通信学报 2020年第10期41卷 156-171页

作者：雷维嘉周洋谢显中雷宏江重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065 重庆邮电大学光电工程学院重庆400065 西安邮电大学陕西省信息通信网络及安全重点实验室陕西西安710121

研究多输入多输出全双工双向通信系统中,合法节点在接收信息的同时向对方发送保密信息,并协同发送人工噪声的物理层安全方案的预编码矩阵设计。针对合法信道、窃听信道的信道状态信息完美的场景,使用DC规划优化信息信号与人工噪声的预... 详细信息

研究多输入多输出全双工双向通信系统中,合法节点在接收信息的同时向对方发送保密信息,并协同发送人工噪声的物理层安全方案的预编码矩阵设计。针对合法信道、窃听信道的信道状态信息完美的场景,使用DC规划优化信息信号与人工噪声的预编码矩阵以最大化系统保密和速率。对于信道CSI不完美的场景,使用最差准则建模信道,利用加权最小均方误差算法对预编码矩阵进行稳健设计。仿真结果验证了优化算法能有效提高系统的保密和速率。

关键词：物理层安全多输入多输出人工噪声全双工双向通信预编码矩阵

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速率分割多址接入系统安全传输方案的设计与优化

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电子与信息学报 2024年第11期46卷 4278-4286页

作者：雷维嘉谢科唐宏雷宏江重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

该文研究基于速率分割多址接入的两用户下行安全传输的方案设计与优化问题。考虑发给两用户的部分消息需要在用户间保密的场景,在保证保密消息传输速率的条件下最大化非保密消息传输和速率。公共流仅传输非保密消息,而私有流分时传输非... 详细信息

该文研究基于速率分割多址接入的两用户下行安全传输的方案设计与优化问题。考虑发给两用户的部分消息需要在用户间保密的场景,在保证保密消息传输速率的条件下最大化非保密消息传输和速率。公共流仅传输非保密消息,而私有流分时传输非保密消息和保密消息,对各消息流发送预编码矢量,速率分割、私有流非保密和保密消息传输时长分配等进行联合优化。通过将原问题分解为两层优化问题,并利用二分搜索、松弛变量、连续凸逼近等方法将原问题进行转化和求解。仿真结果显示,相较于私有流仅传输保密消息的速率分割多址接入和分时的空分多址接入方案,所提出的方案能获得更高非保密传输速率。

关键词：速率分割多址接入物理层安全预编码

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能量收集通信系统中发送功率与传输速率的在线控制算法

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电子与信息学报 2023年第6期45卷 2024-2033页

作者：雷维嘉刘美玎雷宏江唐宏重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

该文针对发送端由能量收集(EH)设备供电的无线通信系统,研究在能量收集和信道状态先验信息未知的条件下,以最大化实际可达传输速率为目标的发送功率、调制方式和信道编码码率的联合优化问题。基于Lyapunov优化框架,将能量使用的长期约... 详细信息

该文针对发送端由能量收集(EH)设备供电的无线通信系统,研究在能量收集和信道状态先验信息未知的条件下,以最大化实际可达传输速率为目标的发送功率、调制方式和信道编码码率的联合优化问题。基于Lyapunov优化框架,将能量使用的长期约束转换为能量虚队列的稳定性要求,将能量使用约束下的长期时间平均实际可达传输速率最大化问题转化为单时隙的、仅依赖于当前信道状态和电池状态的“漂移加惩罚”项上界的最小化问题。优化问题通过一个高效的数值方法求解。另外还给出了基于滑动窗口的K-means聚类方法的“漂移加惩罚”中权重和电池电量虚队列偏移量两个参数的自适应调整算法。在不同能量到达随机模型下与对比算法进行了性能的仿真对比,结果表明,该文所提算法在各种能量到达模型下都能获得更高的长期平均实际可达传输速率。另外,通过与参数固定为最优情况下算法性能的对比,证明参数自适应调整算法正确、有效。

关键词：能量收集功率速率自适应调制信道编码

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智能反射表面辅助的非正交多址接入系统用户分组、波束赋形与相移的优化

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电子与信息学报 2024年第3期46卷 858-866页

作者：雷维嘉于顺洪雷宏江唐宏重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

该文研究智能反射表面(IRS)辅助的多天线非正交多址接入(NOMA)网络中用户分组、发送波束赋形、相移等的联合优化问题。系统中1个分组分配1个波束并在组内进行连续干扰消除检测。该文提出一种不依赖于发送波束赋形和IRS相移的用户分组配... 详细信息

该文研究智能反射表面(IRS)辅助的多天线非正交多址接入(NOMA)网络中用户分组、发送波束赋形、相移等的联合优化问题。系统中1个分组分配1个波束并在组内进行连续干扰消除检测。该文提出一种不依赖于发送波束赋形和IRS相移的用户分组配对策略,将用户分组与其他优化分离,显著降低了优化问题求解的难度和计算复杂度。进一步,联合优化基站发送波束赋形、功率分配和IRS相移矩阵,最小化基站的总发送功率。原始优化问题是一个多变量相互耦合的非凸优化问题,利用松弛变量、连续凸逼近、半定松弛、交替迭代优化等方法将原问题转化为凸问题并求解。仿真结果显示,相较于1个用户1个波束的方案,所提方案在基站天线数较少时性能更优,而在天线数较多时也与该对比方案非常接近,但所提方案的优化计算复杂度更低。而对比采用不同分组算法、随机IRS相移方案、最大比发射方案,以及无IRS的方案,所提方案的性能始终更优。

关键词：智能反射表面非正交多址接入用户分组波束赋形

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能量收集中继安全传输网络的在线功率控制算法

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电子与信息学报 2021年第5期43卷 1306-1314页

作者：雷维嘉付安琦雷宏江谢显中重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065 西安邮电大学陕西省信息通信网络及安全重点实验室西安710121 重庆邮电大学光电工程学院重庆400065

针对源节点和中继节点均采用收集能量供电的放大转发中继网络,考虑两个目的节点之间信息相互保密的场景,该文提出最大化长期时间平均保密速率的源节点和中继节点发送功率联合优化算法。由于能量到达和信道状态是随机过程,该问题是一个... 详细信息

针对源节点和中继节点均采用收集能量供电的放大转发中继网络,考虑两个目的节点之间信息相互保密的场景,该文提出最大化长期时间平均保密速率的源节点和中继节点发送功率联合优化算法。由于能量到达和信道状态是随机过程,该问题是一个随机优化问题。利用Lyapunov优化框架将电池操作和能量使用约束下的长期优化问题转化为每时隙的“虚队列漂移加惩罚”最小化问题,并求解。仿真结果显示该文提出的算法在长期平均保密速率上相较于对比算法具有显著的优势,同时算法仅依赖于当前的电池状态和信道状态信息做出决策,是一种实用的、低复杂度的算法。

关键词：物理层安全功率控制中继网络能量收集 Lyapunov框架

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能量收集通信系统中功率和调制方式的在线联合优化策略

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电子与信息学报 2022年第3期44卷 1024-1033页

作者：雷维嘉孙嘉琳谢显中雷宏江重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065 重庆邮电大学光电工程学院重庆400065

针对源节点配备能量收集装置的点对点能量收集无线通信系统,该文以最大化长期平均传输速率为目标,提出一种基于Lyapunov优化框架的在线功率控制和自适应调制联合优化策略。由于能量到达和信道状态的随机性,优化问题是一个随机优化问题... 详细信息

针对源节点配备能量收集装置的点对点能量收集无线通信系统,该文以最大化长期平均传输速率为目标,提出一种基于Lyapunov优化框架的在线功率控制和自适应调制联合优化策略。由于能量到达和信道状态的随机性,优化问题是一个随机优化问题。利用Lyapunov优化框架将电池操作和可用能量约束下的长期时间优化问题转化为每时隙以虚队列“漂移加惩罚”最小化为目标的发送功率、调制方式和帧长的联合优化问题,并求解。该算法仅依赖当前的电池状态和信道状态信息做出决策,计算复杂度低,实用性强。仿真结果显示,所提算法通过联合优化发送功率、调制方式和帧长,能够高效地利用收集的能量,适应信道变化,长期平均实际可达的信息传输速率要明显优于贪婪和半功率算法,即使相比较以信道容量最大化为目标的离线注水算法和其他对比算法,在实际可达的信息传输速率上也有优势。

关键词：能量收集功率控制自适应调制 Lyapunov优化

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速率分割多址接入系统中的协作中继传输策略与优化

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北京邮电大学学报 2024年第2期47卷 58-65页

作者：雷维嘉张智雷宏江唐宏重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

针对两用户系统提出了一种基于速率分割多址接入的协作中继传输策略。首先设计了系统效益函数,以更完善的方式评估协作速率分割多址接入系统的能量成本;然后以最大化系统效益为目标,对预编码矩阵、公共速率分配、发射功率和时间分配进... 详细信息

针对两用户系统提出了一种基于速率分割多址接入的协作中继传输策略。首先设计了系统效益函数,以更完善的方式评估协作速率分割多址接入系统的能量成本;然后以最大化系统效益为目标,对预编码矩阵、公共速率分配、发射功率和时间分配进行了联合优化;采用黄金分割搜索法和逐次凸逼近等方法将非凸问题转化为凸问题,并进行了求解。仿真结果显示,与基准方案相比,所提方案能够实现更高的系统效益。

关键词：速率分割多址接入协作中继优化

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不准确CSI下智能反射表面辅助的多用户系统物理层安全方案设计

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电子与信息学报 2022年第7期44卷 2299-2308页

作者：雷维嘉翟泽旭雷宏江唐宏重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

该文研究智能反射表面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)辅助的多用户下行系统中的物理层安全的优化问题。多个用户之间的信息需要相互保密,每个时隙,非信息传输的目标用户视为窃听者,因此这是一个多窃听者的安全传输系统。由于信... 详细信息

该文研究智能反射表面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)辅助的多用户下行系统中的物理层安全的优化问题。多个用户之间的信息需要相互保密,每个时隙,非信息传输的目标用户视为窃听者,因此这是一个多窃听者的安全传输系统。由于信道的时变性,基站拥有窃听信道的信道状态信息(Channel State Information,CSI)为与真实的CSI间存在误差的过时信息。在此条件下,以系统最坏情况下的保密速率最大化为目标,对基站发射信息信号和人工噪声波束成形矢量,以及IRS的相移矩阵进行联合优化。原始优化问题为非凸半正定规划问题,利用松弛变量、惩罚函数、Charnes-Cooper变换和交替迭代优化等方法将原问题转化为凸问题并求解。仿真结果显示,相较于基准方案,该文所提出的优化算法能有效提高系统的保密速率。

关键词：智能反射表面物理层安全系统保密速率人工噪声波束成形

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嵌入式OMA-DM系统架构及关键技术研究与设计

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电视技术 2011年第3期35卷 57-60页

作者：程方张毅雷宏江重庆邮电大学通信学院重庆400065

OMA-DM是OMA组织定义的一套用于移动与无线网络的终端管理协议。研究了OMA-DM协议在嵌入式终端设备中的实现方案。首先,详细分析了DM协议特点及会话流程,再根据嵌入式终端设备特性,采取模块化架构设计,阐述了DM协议与MMI、EFS、协议栈... 详细信息

OMA-DM是OMA组织定义的一套用于移动与无线网络的终端管理协议。研究了OMA-DM协议在嵌入式终端设备中的实现方案。首先,详细分析了DM协议特点及会话流程,再根据嵌入式终端设备特性,采取模块化架构设计,阐述了DM协议与MMI、EFS、协议栈之间的接口关系,DM tree及会话流程等关键技术实现过程。该方案充分考虑了嵌入式系统平台资源,在降低开发难度的同时提高了系统可移植性。

关键词： OMA DM DM tree 终端管理嵌入式终端

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