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Weighted sum power maximization for STAR-RIS-aided SWIPT systems with nonlinear energy harvesting

Science China(Information Sciences) 2024年第10期67卷 343-358页

作者： Weiping SHI Cunhua PAN Feng SHU Yongpeng WU Jiangzhou WANG yongqiang bao Jin TIAN School of Network and Communication Nanjing Vocational College of Information Technology National Mobile Communications Research Laboratory Southeast University School of Information and Communication Engineering Hainan University School of Electronic and Optical Engineering Nanjing University of Science and Technology Shanghai Key Laboratory of Navigation and Location Based Services Shanghai Jiao Tong University School of Engineering University of Kent School of Information and Communication Engineering Nanjing Institute of Technology Engineering School of Networks and Telecommunications Jinling Institute of Technology

The conventional reconfigurable intelligent surface(RIS) is limited to reflecting incident signals,thereby imposing constraints on the placement of the transmitter and receiver, which hinders achieving comprehensive signal coverage across an entire area. This paper investigates a simultaneously transmitting and reflecting(STAR)-RIS-aided simultaneous wireless information and power transfer(SWIPT) system with a nonlinear energy harvesting model under three different RIS transmission protocols: energy splitting(ES),time switching(TS), and mode switching(MS). The objective of this paper is to maximize the weighted sum power(WSP) of all energy harvesting receivers(EHRs) while ensuring fairness in the collected power among them. This is achieved by jointly optimizing the transmit beamforming at the base station(BS)and the transmission and reflection coefficients at the STAR-RIS, subject to rate constraints for information decoding receivers(IDRs), transmit power constraint at the BS, and coefficient constraints of each element at the STAR-RIS corresponding to the three protocols. Solving this optimization problem poses challenges because of the complicated objective function and numerous coupled optimization variables of the ES STAR-RIS. To address this complexity, an efficient alternating optimization(AO) approach is proposed as an iterative solution method that achieves suboptimal results. The AO algorithm is then extended to MS STAR-RIS and TS STAR-RIS. Specifically, for MS STRA-RIS, binary constraints in the STAR-RIS coefficient optimization subproblem are handled using the first-order approximation technique along with the penalty function method. For TS STAR-RIS, apart from optimizing BS transmit beamforming and STAR-RIS coefficients subproblems, the transmission and reflection time allocation of STAR-RIS also needs *** findings demonstrate that compared to conventional RIS-aided systems, utilizing three different protocols in a STAR-RIS-aided sy

关键词： STAR-RIS beamforming SWIPT alternating optimization nonlinear energy harvesting

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Contract theory based incentive mechanism design for buffer resource in wireless caching networks

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High Technology Letters 2020年第2期26卷 152-159页

作者： Liu Tingting Tang Lei Zhu Hao bao yongqiang Guo Yajuan School of Information and Communication Engineering Nanjing Institute of TechnologyNanjing 211167P.R.China Institute of Electric Power Science Jiangsu Electric Power Co.Ltd.Nanjing 210024P.R.China

Evidences indicate that,due to the limited caching capacity or inaccurate estimation on users’preferences,the requested files may not be fully cached in the network *** transmissions of the un-cached files will also lead to duplicated transmissions on backhaul ***-aided relay has been proposed to improve the transmission performance of the un-cached *** of the limited buffer capacity and the information asymmetric environment,how to allocate the limited buffer capacity and how to incentivize users in participating buffer-aided relay have become critical *** this work,an incentive scheme based on the contract theory is ***,the backlog violation probability,i.e.,the buffer overflow probability,is provided based on the martingale ***,based on the backlog violation probability,the utility functions of the relay node and users are *** the purpose to maximize the utility of the relay node,the optimal contract problem is ***,the feasibility of the contract is also demonstrated,and the optimal solution can be obtained by the interior point ***,numerical results are presented to demonstrate effectiveness of the proposed contract theory scheme.

关键词： contract theory buffer resource allocation wireless caching network incentive mechanism design

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A Novel System for Recognizing Recording Devices from Recorded Speech Signals

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Computers, Materials & Continua 2020年第12期65卷 2557-2570页

作者： yongqiang bao Qi Shao Xuxu Zhang Jiahui Jiang Yue Xie Tingting Liu Weiye Xu Nanjing Institute of Technology Nanjing211167China Department of Informatics University of LeicesterLeicesterLE17RHUK

The field of digital audio forensics aims to detect threats and fraud in audio *** audio forensic techniques use digital signal processing to detect the authenticity of recorded speech,recognize speakers,and recognize recording ***-generated audio recordings from mobile phones are very helpful in a number of forensic *** article proposed a novel method for recognizing recording devices based on recorded audio ***,a database of the features of various recording devices was constructed using 32 recording devices(20 mobile phones of different brands and 12 kinds of recording pens)in various ***,the audio features of each recording device,such as the Mel-frequency cepstral coefficients(MFCC),were extracted from the audio signals and used as model ***,support vector machines(SVM)with fractional Gaussian kernel were used to recognize the recording devices from their audio *** demonstrated that the proposed method had a 93.4%accuracy in recognizing recording devices.

关键词： Recording device recognition Mel-frequency cepstral coefficients support vector machines

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AN OPTIMAL INFORMATION HIDING ALGORITHM FOR SPEECH IN THE FRACTIONAL FOURIER TRANSFORM DOMAIN

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Journal of Electronics(China) 2010年第4期27卷 564-570页

作者： Xi Ji Zou Cairong bao yongqiang Wang Qingyun School of Information Science and Engineering Southeast University Nanjing 210096 China College of Computer and Information Hohai University Changzhou 213022 China School of Communication Engineering Nanjing Institute of Technology Nanjing 21116 China

With the increasing requirement of military and security, the technology of information hiding for speech becomes a hotspot and difficulty in the fields of speech signal processing and in-formation security, which is developing rapidly. In order to stand against the stegano-analysis, the paper proposed an optimal information hiding algorithm for speech in the Fractional Fourier Transform (FrFT) domain based on the Minimum Mean Square Error (MMSE) criterion. The results of simulation and experiments show that speech modified by the proposed algorithm has no remarkable changes both in time and frequency domains, which can effectively resist the time and frequency analysis, Otherwise, the algorithm is robust to general signal process attack, and the difference is imperceptible between the original and modified speech.

关键词： Practional Fourier Transform (FrFT) Speech information hiding Minimum Mean Square Error (MMSE)

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Frequency Synthesizer of Short-Wave SFH/MFSK System

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Wuhan University Journal of Natural Sciences 1998年第1期3卷 71-75页

作者： Gan Liangcai, bao yongqiang(College of Electronic Information, Wuha University, Wuhan 430072, China) College of Electronic Information Wuha University Wuhan China

The technology of DDS-driven PLL is introduced and a new scheme of frequency synthesizer which is suitable for SW SFH/MFSK System is presented in this paper. Based on the special requirement of SW communication, a model of the scheme is given and the results show that the frequency synthesizer has small frequency insteval (≤0.1 Hz), short switch pierod (<200 ms) and high frequency stability as crystal oseillator.

关键词： Key words frequency synthesizer frequency inteval switch pierod FH communication

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采用归一化补偿变换的与文本无关的说话人识别

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声学学报 2006年第1期31卷 55-60页

作者：包永强赵力邹采荣东南大学无线电工程系南京210096

在噪声环境下,特别是当说话人识别最常用的模型——高斯混合模型(GMM)失配的情况下,需要对其输出帧似然概率的统计特性进行补偿。文章根据说话人识别的声学特性,提出了一种非线性变换方法——归一化补偿变换。理论分析和实验结果表明:... 详细信息

在噪声环境下,特别是当说话人识别最常用的模型——高斯混合模型(GMM)失配的情况下,需要对其输出帧似然概率的统计特性进行补偿。文章根据说话人识别的声学特性,提出了一种非线性变换方法——归一化补偿变换。理论分析和实验结果表明:与常用的最大似然(ML)变换相比,该变换能够提高系统识别率,最大可达3．7％,同时可降低误识率,最大可达45．1％。结果说明归一化补偿变换方法基本克服了在与文本无关说话人识别系统中,当说话人的个性特征不断变化、语音与噪声不能很好地分离或者降噪算法对语音有损伤、模型不能很好地匹配时,需要对模型输出的似然概率(得分)进行补偿的局限。这也说明对模型输出的似然概率进行处理是降低噪声和干扰的影响、提高说话人识别率的有效方法。

关键词：说话人识别系统与文本无关高斯混合模型(GMM) 归一化补偿噪声环境变换方法统计特性声学特性最大似然

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用于语音降噪的级联滤波器的设计与实现

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电子器件 2013年第6期36卷 810-813页

作者：包永强南京工程学院通信工程学院南京210096

将ETSI ES 202 050 V.1.1.3版本规定的Mel域上的两级维纳滤波结构推广到分数Mel域上,基于3周期的离散分数余弦变换,提出了分数Mel域上的两级维纳滤波结构,获得了性能的提高;针对以上两种方法的计算量较大和引入了时域截断噪声等缺点,提... 详细信息

将ETSI ES 202 050 V.1.1.3版本规定的Mel域上的两级维纳滤波结构推广到分数Mel域上,基于3周期的离散分数余弦变换,提出了分数Mel域上的两级维纳滤波结构,获得了性能的提高;针对以上两种方法的计算量较大和引入了时域截断噪声等缺点,提出了分数余弦变换域上的两级最佳线性滤波。理论分析和实验结果表明,该算法具有明显的降噪作用,能够应用于语音识别系统前端处理中。

关键词：语音信号降噪分数余弦变换

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基于能量衰减模型的转子碰摩声发射源次梯度投影定位方法

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机械工程学报 2010年第9期46卷 66-72页

作者：邓艾东包永强赵力东南大学火电机组振动国家工程研究中心南京210096 南京工程学院通信工程学院南京210067 东南大学信息科学与工程学院南京210096

由于旋转机械结构的复杂性,转子碰摩声发射信号在复杂体结构的传播过程中,多模态波传播速度不同且信号畸变严重,传统的时差定位法难以得到准确的碰摩源。根据声发射信号传播时能量与声源距离按反比关系衰减的特点,建立信号能量衰减模型... 详细信息

由于旋转机械结构的复杂性,转子碰摩声发射信号在复杂体结构的传播过程中,多模态波传播速度不同且信号畸变严重,传统的时差定位法难以得到准确的碰摩源。根据声发射信号传播时能量与声源距离按反比关系衰减的特点,建立信号能量衰减模型,将目标声源位置限定于圆心和半径都为传感器对的能量比函数的超球上,并将定位问题转化为估计问题,采用自适应次梯度投影系统估计算法逼近声源位置。该方法基于能量比而非能量,因此即使在声源能量显著变化时其定位精度也不会受到显著影响。当安装多对传感器时,可以决定更多的超球,因此该方法还适用于多只传感器组成的阵列定位。在转子试验台上模拟碰摩故障,采用该算法进行碰摩源定位。试验结果表明,该算法具有比时延估计算法更高的定位精度,且具有良好的收敛性能和较低的计算复杂度。

关键词：声发射定位能量衰减次梯度投影

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基于模糊熵的转子碰摩声发射信号的识别

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机械工程学报 2010年第3期46卷 71-75,82页

作者：邓艾东赵力包永强东南大学火电机组振动国家工程研究中心南京210096 东南大学信息科学与工程学院南京210096 南京工程学院通信工程学院南京210067

利用模糊熵理论来度量转子碰摩声发射信号的特征参数相对于不同碰摩状态识别模式的不确定度。根据碰摩声发射信号的特点,选用平均信号电平、幅度、幅度动态范围以及小波包分解信号前四个节点重构信号的能量值作为声发射信号识别的特征参... 详细信息

利用模糊熵理论来度量转子碰摩声发射信号的特征参数相对于不同碰摩状态识别模式的不确定度。根据碰摩声发射信号的特点,选用平均信号电平、幅度、幅度动态范围以及小波包分解信号前四个节点重构信号的能量值作为声发射信号识别的特征参数,由训练样本确定各特征参数针对不同碰摩类别的基于高斯形式的隶属度函数,并由隶属函数得到特征参数与类别之间的模糊关系矩阵。由于各特征参数对于声发射信号识别的有效性不同,因此在计算模糊关系矩阵时引入有效度系数,提出一种利用模糊熵定义有效度系数的方法。结合该系数得到修正的模糊关系矩阵并计算综合评价模糊集合,选择隶属度最大的类别作为识别结果。在转子试验台上采集的不同碰摩状态的声发射信号进行验证,试验结果表明,模糊综合评价方法是一种有效的声发射识别手段,并可以利用参数有效性的差异来提高识别效率。

关键词：声发射模糊熵有效性系数信号识别

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基于高斯混合模型的转子碰摩声发射识别方法

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机械工程学报 2010年第15期46卷 52-58页

作者：邓艾东包永强赵力东南大学能源与环境学院南京210096 南京工程学院通信工程学院南京210067 东南大学信息科学与工程学院南京210096

基于模态声发射和窄带信号理论,给出描述多模态特征的声发射信号(Acoustic emission,AE)的表达式,提出基于倒谱系数和分形维相结合作为特征参数的高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)的碰摩声发射识别方法。该识别模型对碰摩声发... 详细信息

基于模态声发射和窄带信号理论,给出描述多模态特征的声发射信号(Acoustic emission,AE)的表达式,提出基于倒谱系数和分形维相结合作为特征参数的高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)的碰摩声发射识别方法。该识别模型对碰摩声发射信号中不同模态波的特征矢量所具有的概率密度函数进行建模,将这些特征矢量进行聚类,每一类均作为一个多维高斯分布函数,以每一类的均值、协方差矩阵和出现的概率作为每种模态波的训练模板,识别时将待测碰摩声发射信号的特征矢量代入每个模板,采用最大比合并的方法对高斯模型似然概率进行加权得到总似然概率,当该值大于设定的门限,即可判定存在碰摩声发射。在转子试验台上获得碰摩AE信号,根据AE信号在传播过程中的波型并结合其分形曲线进行分类,由此确定GMM的模型输入类型;然后对所有测试数据叠加不同信噪比的高斯白噪声和非平稳噪声,再利用上述模型进行识别。试验结果表明,该模型具有较高的识别率,并具有较好的抗噪声能力。

关键词：声发射识别高斯混合模型倒谱系数分形维

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