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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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能量收集用压电陶瓷材料研究进展

硅酸盐学报 2016年第3期44卷 359-366页

作者：郑木鹏侯育冬朱满康严辉北京工业大学材料科学与工程学院北京100124

压电能量收集器件发展迅速,发电性能不断提高。然而,压电能量收集器受压电陶瓷材料本身低的机电转换性能限制,机电转换效率较低。制备具有高机电转换性能压电陶瓷材料具有重要的应用价值。评述了以获得高机电转换性能为目标所进行的压... 详细信息

压电能量收集器件发展迅速,发电性能不断提高。然而,压电能量收集器受压电陶瓷材料本身低的机电转换性能限制,机电转换效率较低。制备具有高机电转换性能压电陶瓷材料具有重要的应用价值。评述了以获得高机电转换性能为目标所进行的压电陶瓷材料性能调控方面的研究成果,介绍了非谐振状态和谐振状态下,能量收集器件对压电陶瓷材料的性能要求,比较了能量收集用铅基、无铅压电陶瓷材料的机电转换性能,讨论了具有高机电转换性能压电陶瓷材料设计方法,为进一步开展能量收集用压电陶瓷材料的研究提供思路。总结了该领域存在的问题及对未来的展望。

关键词：能量收集压电陶瓷机电转换性能

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

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

能量收集双向中继网络的高能效联合中继选择和功率分配算法

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电子学报 2017年第5期45卷 1124-1129页

作者：丁长文杨霖李高祥电子科技大学通信抗干扰国家级重点实验室四川成都611731 中国电子科技集团公司第五十四所通信网信息传输与分发技术重点实验室河北石家庄050081

为了实现双向中继系统在满足传输速率要求时的最小功率消耗,基于功率分割中继协议,在完美和非完美的信道估计两种不同的情况下,提出了能量收集双向中继网络的高能效联合中继选择和功率分配算法,得到了两个信源的最优功率分配和中继节点... 详细信息

为了实现双向中继系统在满足传输速率要求时的最小功率消耗,基于功率分割中继协议,在完美和非完美的信道估计两种不同的情况下,提出了能量收集双向中继网络的高能效联合中继选择和功率分配算法,得到了两个信源的最优功率分配和中继节点最优的能量收集比例.仿真结果表明,信道估计误差会增加系统的功率消耗;与传统双向中继比较发现,能量收集双向中继能够实现更少的系统功率消耗.

关键词：双向中继网络中继选择功率分配能量收集信道估计误差

能量收集认知多跳中继网络中断性能分析及优化

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电子与信息学报 2021年第10期43卷 2920-2927页

作者：罗轶孔静恬董健佘青青黄慧黄正宇湖南师范大学智能计算与语音信息处理湖南省重点实验室长沙410081 中南大学计算机学院长沙410075 华南理工大学电子与信息学院广州510641

针对能量收集认知无线网络中的多跳中继传输问题,该文构建了一种新的具有主网络干扰的功率信标(PB)辅助能量收集认知多跳中继网络模型,并提出单向传输方案。在干扰链路统计信道状态信息场景下,推导了次网络精确和渐近总中断概率闭合式... 详细信息

针对能量收集认知无线网络中的多跳中继传输问题,该文构建了一种新的具有主网络干扰的功率信标(PB)辅助能量收集认知多跳中继网络模型,并提出单向传输方案。在干扰链路统计信道状态信息场景下,推导了次网络精确和渐近总中断概率闭合式。针对精确总中断概率表达式的复杂性和非凸性,采用自适应混沌粒子群优化(ACPSO)算法对次网络总中断性能进行优化。仿真结果表明,PB功率、干扰约束、次网络跳数、能量收集比率、主接收端数目和信道容量阈值等参数对中断性能影响显著,所提算法能快速和有效地对网络中断性能进行优化。

关键词：认知无线电多跳中继网络能量收集中断概率

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能量收集多天线发送机的功率控制和天线选择

西安电子科技大学学报 2022年第3期49卷 83-92页

作者：宁晓晗雷维嘉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

针对能量收集多输入单输出无线通信系统传输过程中的速率最大化问题,提出一种基于李雅普诺夫优化框架的在线功率控制和天线选择策略。系统中源节点为能量收集设备供电的多天线节点,且天线激活后的射频电路功耗不可忽略。激活天线数越多... 详细信息

针对能量收集多输入单输出无线通信系统传输过程中的速率最大化问题,提出一种基于李雅普诺夫优化框架的在线功率控制和天线选择策略。系统中源节点为能量收集设备供电的多天线节点,且天线激活后的射频电路功耗不可忽略。激活天线数越多,发送天线阵列增益越大,但电路功耗也越大,需要在二者间进行平衡。源节点应根据可用能量和信道状态来选择合适的发送天线和传输功率。由于能量到达和信道衰落是随机过程,该速率最大化问题是一个随机优化问题。由可充电电池的电量构造能量虚队列,而速率的负值作为惩罚项,再利用李雅普诺夫优化框架将功率控制与天线选择的优化问题转换为瞬时队列漂移加惩罚函数最小化问题。每时隙遍历电池电量支持的激活天线数,并优化发送功率,选取使漂移加惩罚最小的天线数和发送功率作为最优解。仿真结果表明,相比3种对比算法,算法能够获得明显更高的传输速率。所提算法仅依据当前的信道状态和电池电量状态做出决策,且计算复杂度低,是一种实用的算法。

关键词：通信技术能量收集功率控制天线选择李雅普诺夫框架

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能量收集信息物理融合系统抢占阈值调度

计算机研究与发展 2015年第12期52卷 2695-2706页

作者：葛永琪董云卫顾斌西北工业大学计算机学院西安710129 北京控制工程研究所北京100190

在能量收集信息物理融合系统(energy harvesting based cyber-physical systems,EHCPS)中,其能量管理体系结构不同于传统电池供电嵌入式系统,任务调度策略需要考虑能量收集单元的能量输出、电池的能量存储和计算任务的能量消耗.实时任... 详细信息

在能量收集信息物理融合系统(energy harvesting based cyber-physical systems,EHCPS)中,其能量管理体系结构不同于传统电池供电嵌入式系统,任务调度策略需要考虑能量收集单元的能量输出、电池的能量存储和计算任务的能量消耗.实时任务在满足能量约束的情况下,才能满足时间约束.传统抢占阈值调度的可调度性分析没有考虑任务的能量属性,其阈值分配算法也不适用于EHCPS.针对此问题,提出了一种能量相关抢占阈值调度策略(energy related preemption threshold scheduling,ERPT),在可调度性分析中融入任务能耗属性和能量补充能力,并给出了阈值分配算法,为抢占阈值调度在EHCPS中的应用提供了一种解决方法.通过与目前现有的2个经典调度策略进行比较,验证了ERPT策略能够有效减少任务抢占.

关键词：信息物理融合系统能量收集抢占阈值可调度性最坏情况响应时间

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能量收集与协作网络安全容量优化技术

计算机研究与发展 2019年第3期56卷 533-543页

作者：吴嘉鑫武继刚陈龙隋秀峰广东工业大学计算机学院广州510006 计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190

基于协作通信与能量收集技术,研究在能量收集认知无线电网络中,主用户和次用户的信道资源配置问题,目标是主用户安全容量最大.在该网络中,次用户发送节点具有能量收集功能,且帮助主用户发送节点进行协作传输.作为回报,在次用户协作主用... 详细信息

基于协作通信与能量收集技术,研究在能量收集认知无线电网络中,主用户和次用户的信道资源配置问题,目标是主用户安全容量最大.在该网络中,次用户发送节点具有能量收集功能,且帮助主用户发送节点进行协作传输.作为回报,在次用户协作主用户通信结束后,主用户发送节点分配频谱资源给次用户发送节点.在保证次用户服务质量的前提下,设计主用户安全容量最大化的计算方法.仿真实验结果表明:安全容量与能量收集因子成反比关系,与协作通信因子成正比关系.提出的算法可以保证主用户传输的安全容量.最后,假设次用户以恒定小功率工作,当协作通信因子从0.2～0.5变化时,提出的算法比现有策略在安全容量上平均高出79.28%,80.46%,64.23%,78.85%,此外,提出的算法比现有算法的计算效率平均高出7.34倍.

关键词：认知无线电协作通信能量收集安全容量窃听者