Beamforming Design for Max-Min Fair SWIPT in Green Cloud-RAN with Wireless Fronthaul
本文研究了毫米波（mmWave）无线前传下的绿云无线接入网（Cloud-RAN）中最大-最小公平同时无线信息和功率传输（SWIPT）的联合波束成形设计。为了实现网络中分开定位的数据接收器（DR）和能量接收器（ER）的平衡的用户体验，优化联合发射波束成形向量以最大化所有DR之间的最小数据率，同时用足够的RF能量满足每个ER。然后，提出了一个两步迭代算法来解决原来的非凸优化问题的前传容量约束的$l_0$ -范数形式。具体地，$l_0$ -范数约束可以通过重新加权的$l_1$ -范数来近似，从该重新加权的$l_1$ -范数，可以经由半定松弛（SDR）和二段搜索来导出最优最大-最小数据率和对应的联合波束成形向量。最后，进行了大量的数值仿真，以验证所提出的联合波束形成设计的优越性，其他单独的波束形成策略。
2018-05-06 cs.IT math.IT
Characterizing Energy Efficiency of Wireless Transmission for Green Internet of Things: A Data-Oriented Approach
物联网（IoT）应用的日益普及给无线通信社区带来了新的挑战。物联网中的许多智能设备和传感器将生成大量的短数据包。未来的无线传输系统需要以极高的能量效率来支持这种小数据的可靠传输。在本文中，我们介绍了一种新的面向数据的方法，用于表征物联网应用的无线传输策略的能效。具体来说，我们提出了针对个人数据传输会话的新的能源效率性能限制。通过对两种信道自适应传输策略的初步分析，提出了小数据量绿色传输的几个重要设计准则。我们还提出了几个有前途的未来应用所提出的面向数据的能源效率表征。
2019-04-16 cs.IT eess.SP math.IT
Cost-Aware Green Cellular Networks with Energy and Communication Cooperation
蜂窝网络的能量成本不断增加以匹配无线数据业务的激增，并且节省该成本对于降低未来无线运营商的运营支出（OPEX）是重要的。可再生能源集成和智能电网中能量双向流动的最新进展为节省成本提供了潜在的新解决方案。然而，它们也带来了挑战，特别是如何使用在蜂窝基站（BS）收集的随机和空间分布的可再生能源，以可靠地提供时间和空间变化的无线流量通过蜂窝网络。为了克服这些挑战，在这篇文章中，我们提出了三种方法，即，{ \emph{energy cooperation, communication cooperation, and joint energy and communication cooperation} }，其中不同的BS通过智能电网中的聚合器双向交易或共享能量，和/或共享无线资源并相互转移负载以降低总能量成本。
2014-11-15 cs.IT math.IT
Layered Group Sparse Beamforming for Cache-Enabled Green Wireless Networks
移动数据流量的指数增长正在推动密集无线网络的部署，这不仅会带来沉重的回程负担，而且还会产生相当大的功耗。将缓存引入无线网络边缘是解决这些挑战的潜在且经济高效的解决方案。在本文中，我们将探讨的问题，最大限度地减少网络功耗的缓存使能的无线网络，包括基站（BS）和回程的功耗。我们的目标是开发有效的算法，统一自适应BS选择，回程内容分配和多播波束成形，同时考虑到用户的QoS要求和回程容量的限制。为了解决网络功率最小化问题的NP-困难性，我们首先提出了一个广义分层组稀疏波束形成（LGSBF）建模框架，这有助于揭示波束形成器中的分层稀疏结构。通过采用重新加权的$\left.\ell_{1}\right/\ell_{2}$ -范数技术，我们进一步开发了一个凸近似过程的LGSBF问题，其次是一个三阶段的迭代LGSBF框架，以诱导所需的稀疏结构的波束形成器。仿真结果验证了所提算法在降低网络功耗方面的有效性，并表明缓存在用户密度较高、回程链路功率效率较低的网络中发挥更大的作用。
2017-07-19 cs.IT math.IT
Green Modulation in Proactive Wireless Sensor Networks
由于传感器节点的特殊性，选择能量有效且实现复杂度低的调制方式（绿色调制）是无线传感器网络物理层的一个关键因素。本文提出了（据我们所知）的第一个深入分析的能源效率的各种调制方案，使用现实的模型在IEEE 802.15.4标准和目前的最先进的技术，在一个积极的无线传感器网络在瑞利和莱斯平坦衰落信道模型的路径损耗找到最佳方案。为此，我们描述了系统模型，根据一个预定的基于时间的过程中实际的传感器节点。本分析还包括带宽和活动模式持续时间的影响，在通带和超宽带（UWB）类别的流行的调制设计的能源效率。实验结果表明，在各种带通调制和UWB调制方案中，非相干多进制频移键控（NC-MFSK）和开关键控（OOK）具有较低的$M$阶数，在短距离情况下具有显著的节能效果，可以作为无线传感器网络的理想选择。此外，NC-MFSK和OOK方案具有实现复杂度和成本较低的优点。
2009-10-05 cs.IT math.IT
Wireless Communication System with RF-based Energy Harvesting: From Information Theory to Green System
从周围环境中获取能量是一种新的解决方案，可以将电子设备从电线或有限寿命电池中解放出来，这可能在传感器网络和体域网中找到非常重要的应用。本文主要研究了基于射频能量收集的无线通信系统中，主节点既是子节点的信息源，又是子节点的能量源，而子节点只向主节点发送信息的基本限制。三种典型结构：考虑了最优接收机、正交接收机和功率分配接收机，从系统级的角度联合研究了在主节点处唯一的外部电源约束下两个节点之间的双向信息传输。我们明确地描述了可实现的容量率区域，并讨论了子节点的信号处理功耗的影响。利用条件容量函数，推导出最节能状态下的最优传输策略，即在可达容量-速率区域的边界点处。仿真结果证实了采用最佳传输策略和最佳接收机结构的实质性收益。最后给出了一个典型的应用实例，说明了该方法在最小化绿色系统所需发射功率方面的应用.
2014-11-22 cs.IT math.IT
RF Wireless Power Transfer: Regreening Future Networks
绿色无线电通信是一个新出现的主题，因为信息和通信技术服务的总体足迹预计在2007年至2020年期间将增加两倍。鉴于这一研究路线，能量收集（EH）和无线功率传输（WPT）网络可以被评估为有前途的方法。在本文中，最近的趋势，为未来的绿色网络的EH和WPT平台上提供了一个概述。通过对射频WPT应用的反思，提出了绿色射频WTP的概念。因此，开放的挑战和有前途的组合，目前的技术，如小蜂窝，毫米（mm）波，物联网（IoT）网络，详细讨论，寻求解决方案的问题，如何重新绿色的未来网络？
2018-03-08 cs.IT eess.SP math.IT
Generalized Area Spectral Efficiency: An Effective Performance Metric for Green Wireless Communications
面积频谱效率（ASE）被引入作为量化蜂窝系统频谱利用效率的度量。与其他性能指标不同，ASE考虑了蜂窝系统的空间特性。在本文中，我们推广ASE的概念来研究任意的无线传输。具体来说，我们引入了受影响区域的概念来表征任意无线传输的空间属性。在定义受影响区域的基础上，定义了广义区域频谱效率（GASE）这一性能指标，用以量化空间频谱利用效率和无线传输的绿色性。在给出点对点传输的GASE性能评估后，分析了GASE在双跳中继传输、三节点协作中继传输和认知无线电传输等不同传输场景下的性能。我们推导出封闭形式的表达式，在瑞利衰落环境下的每个传输场景的GASE度量。通过数学分析和数值例子，我们表明，GASE度量提供了一个新的角度设计和优化的无线传输，特别是在发射功率的选择。我们还表明，引入中继节点可以大大提高无线系统的空间利用效率。我们说明，GASE度量可以帮助优化部署的认知无线电系统。
2014-02-13 cs.IT cs.NI math.IT
Towards Green and Infinite Capacity in Wireless Communication Networks: Beyond The Shannon Theorem
本文提出了一种新的无线通信资源分配方法。在这种新方法下，已经表明所需的功率预算变得与下行链路中被服务的终端的数量无关。然而，所需的功率仅取决于覆盖区域，即小区边界处的信道损耗。因此，可以在有限且小的下行链路功率预算下同时支持大量（理论上任何数量）终端。这对于支持HSPA+、LTE和5G中的下行链路信令信道非常有用。支持巨大的D2D通信下行链路也是非常有用的。此外，基于相同的概念，已经提出了用于单链路点对点通信的新系统配置。利用这种新的配置，所实现的数据率变得与所需的发射功率无关。这意味着可以在目标BER下并且以小且有限的发射功率实现任何数据率。这似乎违反了香农定理的一些主要结果。本文将详细讨论这一问题。
2015-07-14 cs.IT math.IT
Green Modulations in Energy-Constrained Wireless Sensor Networks
由于传感器设备的独特特性，寻找低复杂度的节能调制（称为绿色调制）对无线传感器网络（WSNs）的物理层设计提出了重大挑战。为了实现这一目标，我们提出了一个深入的分析各种调制方案的能源效率，在IEEE 802.15.4标准中使用现实的模型，以找到最佳的基于距离的方案在无线传感器网络在瑞利和莱斯衰落信道的路径损耗。我们描述了一个积极主动的系统模型，根据一个灵活的占空比机制，在实际的传感器装置。本分析包括信道带宽和活动模式持续时间对流行的调制设计的能量消耗的影响。路径损耗指数和DC-DC转换器效率也被考虑。在考虑能量效率和复杂度，它表明，在各种正弦载波调制，优化的非相干M进制频移键控（NC-MFSK）是最节能的方案在稀疏的无线传感器网络的路径损耗指数的每个值，其中的优化是在调制参数。此外，我们表明，开关键控（OOK）显示出显着的节能相比，优化的NC-MFSK在密集的无线传感器网络中的路径损耗指数的值小。
2010-08-23 cs.IT math.IT
Interference Exploitation in Full Duplex Communications: Trading Interference Power for Both Uplink and Downlink Power Savings
本文研究了一种多用户全双工无线通信系统，其中一个全双工无线基站同时为多个单天线半双工用户提供服务。与传统的干扰减轻方法不同，提出了一种基于加权切比雪夫方法的多目标优化问题（MOOP）来研究多用户干扰的权衡问题。在两个期望的系统设计目标（即总下行链路发射功率最小化和总上行链路发射功率最小化问题）之间，同时确保所有用户所需的服务质量（QoS）。在建议的MOOP，我们适应的QoS约束的下行链路用户，以适应建设性干扰（CI）的通用相移键控（PSK）调制信号以及正交幅度调制（QAM）信号。我们还扩展了我们的工作，研究了不完善的上行链路，下行链路和自干扰CSI系统的鲁棒设计。仿真结果和分析表明，该方法可以显著降低功耗。然而，更重要的是，这里的MOOP方法允许将节省的功率与上行链路和下行链路功率节省进行权衡，从而导致无线链路中的总体能量效率提高。
2017-03-30 cs.IT math.IT
Fundamental Green Tradeoffs: Progresses, Challenges, and Impacts on 5G Networks
随着近年来通信量和能源消耗的巨大增长，绿色无线电不仅受到理论研究的重视，而且还受到减少运营支出和无线通信可持续发展的重视。基本的绿色权衡作为重要的分析框架，包括四个基本关系：频谱效率（SE）与能源效率（EE）、部署效率（DE）与能源效率（EE）、延迟（DL）与功率（PW）以及带宽（BW）与功率（PW）。在本文中，我们首先提供了一个全面的概述广泛的正在进行的研究工作，并根据基本的绿色权衡将它们分类。然后，我们将重点介绍4G和5G通信的研究进展，如正交频分复用（OFDM）和非正交聚合（NOA），多输入多输出（MIMO）和异构网络（HetNets）。我们还将讨论基本绿色权衡的潜在挑战和影响，为未来无线网络的节能研究和设计提供一些启示。
2016-04-27 cs.IT math.IT
Exploiting Network Cooperation in Green Wireless Communication
对能量高效或所谓的“绿色”无线通信以减少蜂窝网络中的能量消耗的兴趣日益增长。由于今天的无线终端通常配备有多个网络接入接口，如蓝牙，Wi-Fi和蜂窝网络，本文研究用户终端相互合作，在发送他们的数据包到基站（BS），通过利用多个网络接入接口，称为网络间合作。我们还研究了传统的计划，没有用户的合作，并与网络内的合作进行比较。给定目标中断概率和数据率要求，我们分析了传统方案的能量消耗相比，建议网络间的合作，考虑到物理层信道损伤（包括路径损耗，衰落和热噪声）和上层协议开销。示出了不同网络实体之间的距离（即，用户终端和BS）对所提出的网络间协作方案的能量效率具有显著影响。具体地，当协作用户靠近BS或用户彼此远离时，网络间协作可能比没有用户协作或具有网络内协作的常规方案消耗更多的能量。然而，由于协作用户远离BS并且用户间距离不是太大，因此网络间协作比传统方案显著降低了能量消耗。
2012-10-14 cs.IT cs.PF math.IT
Joint Optimization Framework for Operational Cost Minimization in Green Coverage-Constrained Wireless Networks
在这项工作中，我们调查的联合优化基站（BS）的位置，它的密度，和发射功率分配，以尽量减少所需的整体网络运营成本，以满足在每个用户设备（UE），这是随机部署以下的二项式点过程（BPP）的覆盖约束。由于这个联合优化问题是非凸和组合的性质，我们提出了一个非平凡的解决方案，有效地将其分解为三个单独的优化问题。首先，通过使用距离BS最远的UE的距离分布，我们提出了新的见解最佳的BS位置在一个最佳扇区类型为给定数量的BS。之后，我们提供了一个紧密的近似的最佳发射功率分配给每个BS。最后，使用后两个结果，最小化的运营成本的最佳数量的BS。此外，我们还研究了圆形和方形的现场部署。数值结果验证了分析，并提供了实际的见解BS的最佳部署。我们观察到，所提出的联合优化框架，解决了覆盖概率与运营成本的权衡，可以产生约$65\%$的运营成本相比，基准固定分配方案的显着减少。
2017-08-12 cs.IT math.IT
Towards Reconfigurable Intelligent Surfaces Powered Green Wireless Networks
在无线网络中采用可重构智能表面（RIS）可以通过控制传播环境来提高频谱和能量效率。尽管RIS不消耗任何发射功率，但是RIS的电路功率不能被忽略，特别是当反射元件的数量很大时。在本文中，我们提出了联合设计的波束形成矢量在基站，有源RIS集，并在有源RIS相移矩阵，以最大限度地减少网络功耗，包括RIS电路功耗，同时考虑到每个用户的目标数据率的要求和每个反射元件的恒模约束。然而，制定的问题是一个混合整数二次规划（MIQP）的问题，这是NP-难的。为此，我们提出了一种交替优化方法，交替解决二阶锥规划（SOCP）和MIQP问题，以更新优化变量。具体来说，MIQP问题进一步转化为一个半定规划问题，通过应用二元松弛和半定松弛。最后，提出了一种有效的算法来求解该问题.仿真结果表明，该算法显著降低了网络功耗，揭示了考虑RIS电路功耗的重要性。
2020-05-04 cs.IT eess.SP math.IT
Secure and Green SWIPT in Distributed Antenna Networks with Limited Backhaul Capacity
本文研究了分布式天线通信系统中用于向移动接收机传输安全信息和可再生绿色能源的资源分配算法设计。具体地，分布式远程无线电头端（RRH/天线）经由容量受限的回程链路连接到中央处理器（CP）以促进联合传输。RRH和CP配备了可再生能源采集器，并通过有损耗的微电网共享它们的能量，以提高通过射频（RF）信号向移动接收器传送信息和绿色能源的效率。所考虑的资源分配算法设计被制定为一个混合的非凸和组合优化问题，考虑到有限的回程容量和服务质量的要求，同时无线信息和功率传输（SWIPT）。我们的目标是最大限度地减少总的网络传输功率时，只有不完美的信道状态信息的无线能量收集接收器，这必须由无线网络供电，是在CP。鉴于问题的棘手性，我们将其转化为一个二进制选择的优化问题，这有利于设计一个迭代的资源分配算法来解决问题的最佳使用广义Bender分解（GBD）。此外，提出了一种次优算法来平衡计算复杂性和系统性能。仿真结果表明，所提出的基于GBD的算法获得了全局最优解，次优算法实现了接近最优的性能。此外，与具有多个共置天线的传统系统相比，具有可再生能源共享的SWIPT的分布式天线网络需要更低的发射功率。
2015-05-11 cs.IT math.IT
A Power Efficiency Metric for Comparing Energy Consumption in Future Wireless Networks in the Millimeter Wave and Terahertz bands
未来的无线蜂窝网络将利用毫米波和亚太赫兹频率，并部署小小区基站，以实现每个用户每秒数百兆比特的数据率。向亚太赫兹频率的转变将需要注意可持续性和尽可能减少功率，以减少碳足迹，同时为大量资源受限的设备保持足够的电池寿命。本文采用一种新的度量标准--功率浪费因子（$ W $），对未来无线网络的功耗进行了分析，为未来无线网络的绿色技术--“绿色G”的研究和开发提供了依据。使用$ W $，可以通过量化级联信号路径上所有器件浪费的功率来考虑功率效率。然后，我们表明，消费效率因子（$CEF$），定义为达到的最大数据率的总功耗的比率，是一种新的和强大的衡量功率效率，显示更少的能量每比特的细胞大小缩小和载波频率和信道带宽增加。我们的研究结果提供了一个标准的方法来计算和比较功耗和能源效率。
2023-01-14 cs.IT math.IT
Intelligent Reflection Enabling Technologies for Integrated and Green Internet-of-Everything Beyond 5G: Communication, Sensing, and Security
万物互联（IoE）已逐渐被认为是未来无线网络的组成部分。在万物互联中，可能有大量各种类型的智能设备需要服务，这对无线通信、传感和安全性提出了多维度的要求。在本文中，我们将简要介绍有前途的智能反射通信（IRC）技术，包括可重新配置智能表面（RIS）和环境反向散射通信（AmBC），以支持第五代（5G）无线通信网络以外的万物互联应用需求。具体而言，我们详细阐述了IRC辅助万物互联在空间-空中-地面综合通信和绿色通信背景下的好处，这被认为是支持社会和行业未来万物互联应用的关键特征。此外，我们设想IRC辅助的通信和感知可以相互受益，并通过IRC阐明增强万物互联安全性的多种方式。数值结果有助于说明IRC在不利的保密环境中的重要性。最后，介绍了有关IRC辅助的万物互联的开放研究问题和挑战。
2022-05-06 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surfaces Empowered Green Wireless Networks with User Admission Control
本文研究多RIS绿色蜂窝网络的功耗最小化与用户准入问题，提出基于矩阵提升、DC算法和AO框架的联合优化方法，并给出低复杂度ZF方案。
2023-04-25 cs.IT eess.SP math.IT
Green Power Control in Cognitive Wireless Networks
认知和非认知发射机的分散网络，每个发射机的目的是最大限度地提高他的能源效率被认为是。假设认知发射机能够感知其非认知发射机的发射功率，并且认知发射机具有感知成本。通过对这种$2-$层次博弈的Stackelberg均衡分析，可以更好地理解认知对能源效率的影响。特别是，它被证明是最大化的网络能量效率时，只有一个给定的分数的终端是认知。然后，我们研究了一个感知游戏，其中所有的发射机被假定为采取的决定是否感（即认知）或不。证明了该博弈是一个加权势博弈，并研究了其均衡集。在第一阶段（例如，的时隙），然后玩功率控制游戏被证明是更有效的单独为所有发射机比玩游戏，其中发射机将联合优化是否感测和他的功率电平，显示存在一种Braess悖论。推导的结果示出的数值结果，并提供了一些见解如何部署认知无线电在异构网络中的感知能力。关键词：功率控制，Stackelberg均衡，能源效率。
2013-04-15 cs.GT cs.IT math.IT
Green Cognitive Relaying: Opportunistically Switching Between Data Transmission and Energy Harvesting
能源效率已经成为一种鼓励，而且更重要的是，它是设计下一代无线通信标准的必要条件。在目前的工作中，一个双跳认知（二次）中继系统被认为是，将多个放大和转发继电器，一个相当具有成本效益的解决方案。首先，辅助中继器感测无线信道，扫描主网络活动，然后将它们的报告传送到辅助基站（SBS）。之后，SBS基于这些报告和它自己的估计，协作地决定是否存在主传输。在前一种情况下，所有次级节点开始从主节点的传输中收获能量。在后一种情况下，系统通过最佳中继选择策略发起辅助通信。该系统的性能评估是彻底调查，通过假设现实的信道条件，即，不同的链路距离、瑞利衰落和过时的信道估计。检测和中断概率以及平均收获能量推导出新的封闭形式的表达式。此外，能源效率优化问题的解析公式化和解决，而在功耗最小化的必要条件，为每个次级节点。从绿色通信的角度来看，事实证明，能量收集极大地增强了次级节点的资源，特别是当主要活动密集时。
2016-06-09 cs.IT math.IT
Greening Geographical Power Allocation for Cellular Networks
从自然中获取能源（太阳能、风能等）被设想为实现绿色无线网络的关键使能者。然而，绿色能源在地理上是分布的，并且功率量是随机的，这可能不足以通过单个能量站点为基站供电。燃烧煤炭、原油等棕色能源虽然会产生二氧化碳，但能提供稳定的电力。本文在不牺牲通信质量的前提下，研究了如何通过向电网中注入混合棕绿能量来进行绿色能量分配，以减少对棕能的依赖。我们提出了一个全面的框架来表征混合绿色和棕色能源授权蜂窝网络的性能。提出了一种新的性能指标“比特/吨\ce{CO2} /Hz”来评价通信网络的绿色性。由于绿色能源通常来自分布式地理位置且具有时变性，因此考虑电力传输的物理规律，即，欧姆定律和基尔霍夫电路定律。仿真结果表明，地理分布的绿色能源通过提高通信能力，同时节省布朗能源消耗，相互补充。此外，绿色能源的渗透也有助于减少输电缺口的功率损耗。
2018-02-17 cs.IT math.IT
Green OFDMA Resource Allocation in Cache-Enabled CRAN
云无线接入网（CRAN）是下一代无线通信系统的一个很有前途的候选方案，其中远程无线头端（RRH）被部署为服务目标区域中的用户，并且经由称为前传的有限容量链路连接到中央处理器（CP）。由于未来无线通信的以内容为中心的性质，期望在RRH处预先缓存流行内容，以减少前传的负担并通过协作传输实现节能。这促使我们在本文中的能量有效传输的正交频分多址（OFDMA）为基础的CRAN与多个RRH和用户，其中RRH可以预取流行的内容的研究。我们考虑联合优化的用户SC分配，RRH选择和发送功率分配在所有的SC，以最小化的RRH的总发送功率，受到RRH的个人前传容量约束和用户的最小速率约束，同时考虑到在RRH的缓存状态。虽然问题是非凸的，我们提出了一个拉格朗日对偶的解决方案，可以有效地计算具有良好的精度。我们比较了所提出的算法所需的最小发射功率与不同的缓存策略的情况下，没有缓存的模拟，这表明显着的节能与缓存。
2016-12-13 cs.IT math.IT
Cognitive Network Cooperation for Green Cellular Networks
近年来，为了减少由通信和联网设备（包括基站（BS）和电池供电的用户终端（UT））耗散的能量，对绿色蜂窝网络的兴趣日益增长。本文研究了认知和协作技术的联合使用，以提高蜂窝网络的能源效率。具体而言，蜂窝设备首先必须使用其频谱感测功能来识别未使用的频谱带（称为频谱空洞）。然后，它们合作利用检测到的频谱漏洞来支持节能的蜂窝通信。考虑到当代终端（例如，智能电话）支持各种无线接入接口，我们利用在频谱空洞内操作的蓝牙或Wi-Fi网络来支持蜂窝通信，目的是实现节能。这种方法被称为\emph{cognitive network cooperation}，因为不同的无线接入网络在认知上与蜂窝网络协作。为了说明使用认知和合作的能源效率的好处，我们研究了电视台（TVS）和BS之间的合作，在传输到UT依赖于电视频谱的机会主义利用，其中未使用的电视频谱带是利用机会主义的方式，这取决于它是否被检测到空闲（或不）。结果表明，对于一个给定数量的信息比特被发送，总的能量消耗显着减少，当认知和合作支持在蜂窝网络中，相比传统的直接传输，纯认知和纯合作。
2016-02-18 cs.IT math.IT
Resource Allocation for Green Probabilistic Semantic Communication with Rate Splitting
本文研究基于速率分割多址接入的概率语义通信系统能量高效资源分配问题，引入语义压缩比衡量计算开销，在传统与语义约束下最大化能量效率。
2024-03-31 cs.IT eess.SP math.IT
Caching at the Edge: a Green Perspective for 5G Networks
凭借上下文感知和主动功能，在网络边缘本地缓存用户内容能够应对5G无线网络中不断增长的数据流量需求。在这项工作中，我们专注于缓存启用无线蜂窝网络的能源消耗方面，特别是在区域功耗（APC）和能源效率（EE）。我们假设，基站（BS）和移动用户分布根据均匀泊松点过程（PPP），我们引入了一个详细的功率模型，考虑到缓存。我们研究的条件下，区域功耗最小化的BS发射功率，同时确保一定的服务质量（QoS）的覆盖概率。此外，我们提供了最佳的BS发射功率，最大限度地提高每单位总功率消耗的面积频谱效率。本文的主要内容是缓存似乎是一种节能的解决方案。
2015-03-18 cs.IT cs.NI math.IT
Rethinking the Role of Interference in Wireless Networks
本文通过对比传统方法和以创新方式处理干扰的新概念，重新审视无线网络中干扰的基本概念。具体来说，我们讨论了干扰信道的基本限制，并提出了干扰对齐技术及其扩展的信号对齐技术。与传统观点相反，传统观点认为干扰是一种有害的现象，我们引入了三个概念，将干扰视为一种有用的资源。第一个概念利用在调制水平的干扰，并导致简单的多用户下行链路预编码，提供显着的节能。第二个概念使用射频辐射进行能量收集，并将干扰作为绿色能源的来源进行处理。最后一个概念是指保密环境，并使用干扰作为一种有效的手段来干扰潜在的窃听者。这三种技术为无线网络中的干扰带来了新的视角，并激发了大量潜在的新应用和服务。
2014-08-29 cs.IT math.IT
Green Heterogeneous Cloud Radio Access Networks: Potential Techniques, Performance Tradeoffs, and Challenges
异构云无线接入网（H-CRAN）作为一种灵活、可扩展的架构，为当前无线网络的绿色演进注入了强大的活力。但残酷的事实是，能效（EE）的提高是以频谱效率（SE）、公平性和延迟等其他指标为代价的。因此，重要的是要调查性能权衡能源效率的传输和优良的服务质量（QoS）保证之间的灵活平衡，在这种新的架构。在这篇文章中，我们首先提出了一些潜在的技术，能源效率的操作H-CRAN的利用他们的特点。然后，我们阐述了建模的三个基本的权衡，即EE-SE，EE-公平性，和EE-延迟权衡，当应用这些绿色技术的初步想法，并提出了开放的问题和挑战，为未来的调查。这些相关的研究结果有望从自适应资源分配、智能网络控制和可扩展网络规划等方面为H-CRAN的绿色运营提供参考。
2017-09-26 cs.IT math.IT
Wireless Information and Power Transfer in Two-Way Amplify-and-Forward Relaying Channels
各种无线网络已经使周围的无线电频率信号遍布世界各地。无线信息和功率传输使设备能够从这些环境射频信号中回收能量，并同时处理信息。在本文中，我们开发了一个无线信息和功率传输协议的双向放大转发中继信道，其中两个源通过能量收集中继节点交换信息。中继节点从接收到的信号收集能量，并使用它来提供传输功率以转发接收到的信号。我们解析地推导出中断概率，遍历容量和有限信噪比分集复用权衡（DMT）的精确表达式。进一步，给出了系统中断概率和遍历容量的上下界的紧闭形式。此外，功率分配比的影响也进行了评估和分析。最后，我们表明，相比非合作中继方案，该协议是一个绿色的解决方案，提供更高的传输速率和更可靠的通信，而不消耗额外的资源。
2013-07-29 cs.IT math.IT
Energy Group-Buying with Loading Sharing for Green Cellular Networks
在新兴的混合电力市场中，蜂窝网络的移动网络运营商（MNO）可以以低价格做出日前能量购买承诺，并以高价格进行实时灵活的能量购买。为了最大限度地减少电费，移动网络运营商必须根据其随时间变化的无线流量负载，共同优化日前和实时的能源购买。在本文中，我们考虑两个不同的移动网络运营商共存于同一地区，并利用他们的合作，在能源购买和无线负载共享的能源成本节约。具体来说，我们提出了一种新的方法，称为能量组购买与负载共享，其中两个移动网络运营商聚合为一个单一的组，使一天前和实时的能量购买，和他们的基站（BS）共享的无线流量，最大限度地把轻负载的BS进入睡眠方式。当两个移动网络运营商属于同一个实体，并以最小化其总能量成本为目标时，我们使用两阶段随机规划来获得最优的日前和实时能量团购联合无线负载共享。当两个移动网络运营商属于不同的实体，并在最大限度地减少他们的个人能源成本的自我利益，我们提出了一种新的重复纳什讨价还价计划，他们的谈判和分享能源集团购买和负载共享下的能源成本。我们提出的重复纳什讨价还价计划，以实现帕累托最优和公平的能源成本降低两个移动网络运营商。
2015-12-17 cs.GT cs.IT cs.NI
Green Base Station Placement for Microwave Backhaul Links
无线移动回程网络已经被提出作为有线替代方案由于经济或地理原因而不可用的情况下的替代方案。在这项工作中，我们研究了在一个给定的区域，移动终端分布根据一定的概率密度函数和基站通过微波回程链路通信的基站的位置问题。利用最优传输理论的结果，我们提供了最佳的渐近分布的基站在所考虑的设置通过最小化整个网络的总功率。
2017-07-18 cs.IT cs.NI math.IT
RIS-Assisted Green Secure Communications: Active RIS or Passive RIS?
可重构智能表面（RIS）是用于6G无线通信的有前途的技术之一，并且最近也被证明能够提高安全通信。然而，在基站和用户之间的反射链路中存在“双衰落”效应，因此在典型的通信场景中，被动RIS仅获得可忽略不计的保密增益。在这封信中，我们提出了一种主动RIS辅助的多天线物理层保密传输方案，其中主动RIS可以主动放大信号。我们的目标是在保密率的约束下最小化发射功率。为了解决非凸优化问题，提出了一种基于惩罚的交替最小化（AltMin）算法来优化发射机处的波束形成器和RIS处的反射矩阵。仿真结果表明，有源RIS能有效地抵抗“双衰落”效应的影响，并且比无源RIS具有更高的能量效率。
2022-12-06 cs.IT math.IT
Cognitive Green Radio for Energy-Aware Communications
在5G网络中，连接设备的数量、每区域的数据率和数据量以及各种QoS要求将达到前所未有的规模。这些目标的实现将依赖于新技术以及网络架构和节点设计的颠覆性变化。能源效率被认为在补充5G技术和优化其部署、动态配置和管理方面发挥着关键作用[1]。在绿色通信和网络的框架内，特别是对于下一代绿色蜂窝无线电接入网络，GREAT（绿色认知无线电能源感知无线通信技术的发展）倡议，一个CominLabs卓越中心（卓越教育）和布列塔尼欧洲大学（UEB）项目，主要从不同的角度和角度解决能源效率的基本问题，在网络层和物理层利用认知技术。
2016-03-10 cs.IT cs.NI math.IT
Interplay Between NOMA and Other Emerging Technologies: A Survey
非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA）通过允许多个用户共享一个无线资源，被广泛认为是一种增加无线网络用户数量、提高频谱效率和用户公平性的有效方法。NOMA可以灵活地与许多现有的无线技术和新兴技术相结合，包括多输入多输出（MIMO）、大规模MIMO、毫米波通信、认知和协作通信、可见光通信、物理层安全、能量收集、无线缓存等。NOMA与这些技术的结合可以进一步提高可扩展性、频谱效率、能量效率、未来通信网络的绿色化。本文对NOMA与上述技术之间的相互作用进行了全面的调查。重点是如何上述技术可以受益于NOMA，反之亦然。此外，挑战和未来的研究方向。
2019-08-05 cs.IT math.IT
A Stochastic Geometry Analysis of Large-scale Cooperative Wireless Networks Powered by Energy Harvesting
能量收集是一种实现绿色、可持续和自主无线网络的技术。在本文中，考虑了一个大规模的无线网络与能量收集发射机，其中一组发射机形成一个集群，以合作服务于一个期望的接收机中的干扰和噪声。为了表征链路级的性能，封闭形式的表达式推导出在接收器的传输成功概率的关键参数，如节点密度，能量收集参数，信道参数，和集群大小，对于一个给定的集群几何形状。分析进一步扩展到表征网络级的性能指标，捕获链路质量和接收器的分数之间的权衡服务。数值模拟验证了分析模型的准确性。提供了一些有用的见解。例如，虽然更多的合作有助于提高链路级性能，但网络级性能可能会随着群集大小而降低。数值结果表明，较小的集群大小（通常为3或更小）优化了网络级性能。此外，可以利用相对小的能量缓冲来提取实质性性能。此外，在足够密集的网络中，具有大的能量缓冲器的效用随着能量收集率以及集群大小而增加。
2015-11-11 cs.IT math.IT
IRS-Assisted Green Communication Systems: Provable Convergence and Robust Optimization
智能反射面（IRSs）由于其能够定制良好的无线传播环境而被认为是绿色无线通信的关键使能者。本文研究了IRS辅助的绿色多用户多输入单输出（MISO）系统的资源分配问题。为了最小化总的发射功率，在接入点（AP）的波束成形矢量和在多个IRS的相移联合优化，同时考虑到最低要求的服务质量（QoS）的多个用户。首先，两种新的算法，即基于惩罚的交替最小化（AltMin）算法和内部近似（IA）算法，开发解决非凸性的制定优化问题时，完美的信道状态信息（CSI）是可用的。与现有的设计，不能确保收敛，建议的惩罚为基础的AltMin和IA算法保证收敛到一个稳定点和Karush-Kuhn-Tucker（KKT）的解决方案的设计问题，分别。其次，研究了AP和用户之间信道的CSI的不完善知识的影响。为此，一个非凸的鲁棒优化问题，制定和惩罚为基础的AltMin算法扩展到获得一个稳定的解决方案。仿真结果表明，这两种算法的收敛速度和可实现的总发射功率之间的关键权衡。此外，我们表明，所提出的算法可以显着降低在AP的总发射功率相比，各种基线计划和最佳数量的发射天线和IRS反射元件，最大限度地减少所考虑的系统的总功耗，是有限的。
2020-11-12 cs.IT eess.SP math.IT
A Low-Complexity Beamforming Design for Multiuser Wireless Energy Transfer
无线能量传输（WET）是低功耗物联网（IoT）的绿色使能器。其中，依赖于全信道状态信息（CSI）的传统优化方案由于过度的能量消耗和高处理复杂度而通常成本太高而无法实现。这封信提出了一种简单而有效的能量波束成形方案，允许多天线功率信标（PB）仅依靠信道的一阶统计数据来公平地为一组物联网设备供电。除了低复杂度，所提出的方案表现良好的基准计划相比，其性能提高PB的天线数量的增加。最后，它表明，进一步的性能改善，可以通过适当的角度旋转的PB。
2020-08-28 cs.IT cs.NI math.IT
MIMO-UFMC Transceiver Schemes for Millimeter Wave Wireless Communications
UFMC调制是为未来无线网络实现超OFDM空中接口的最受关注的解决方案之一。本文重点设计和分析了一种工作在毫米波载波频率的多天线UFMC收发器。本文提供了完整的数学模型的MIMO-UFMC收发器，考虑到存在的混合模拟/数字波束形成器在两端的通信链路。然后，提出了几种检测结构，无论是单包隔离传输的情况下，和多包连续传输的情况下。在后一种情况下，本文还考虑的情况下，在相邻的数据包之间没有保护时间被插入，权衡增加的干扰水平与更高的频谱效率值。在分析阶段，几个考虑的检测结构和传输方案进行了比较，在误码率，均方根误差，和系统吞吐量。数值结果表明，所提出的收发算法是有效的，线性MMSE数据检测器能够很好地管理由于去除连续数据包之间的保护时间而增加的干扰，从而产生约10 - 13 $\%$的吞吐量增益。在接收机的相位噪声的影响也进行了数值评估，它表明，递归实现的线性MMSE表现出一定程度的鲁棒性，对这种干扰。
2019-01-22 cs.IT eess.SP math.IT
Ultra-Dense HetNets Meet Big Data: Green Frameworks, Techniques, and Approaches
超密集异构网络（Ud-HetNets）已经被提出来提高下一代无线网络的网络容量。然而，与5G愿景相反，网络的超密集部署将显着增加能耗，从而降低网络能源效率，这是传统的最坏情况网络设计理念。当Ud-HetNets遇到大数据时，由于传统的反应式请求-发送服务模式，这个问题变得特别严重。鉴于此，本文首先开发了一个基于大数据感知的人工智能的Ud-HetNets节能运营框架。基于该框架，我们确定了四个有前途的技术，即大数据分析，自适应基站操作，主动缓存，和干扰感知资源分配，以减少能源成本在大规模和小规模。我们进一步开发了一个负载感知的随机优化方法，以显示我们提出的框架和技术在节能方面的潜力。简而言之，我们致力于构建具有学习和推理能力的大数据绿色Ud-HetNet，将控制的灵活性从最坏情况提高到自适应设计，并将服务方式从被动模式转变为主动模式。
2017-09-26 cs.IT math.IT
Optimal Resource Allocation in Full-Duplex Ambient Backscatter Communication Networks for Green IoT
环境反向散射通信（AmBC）使得无线供电的反向散射设备（BD）能够在不使用RF发射器的情况下通过环境射频（RF）载波传输信息，因此已经成为绿色物联网的有前途的技术。本文考虑了一种AmBC网络，其中全双工接入点（FAP）同时向其传统用户（LU）发送下行正交频分复用（OFDM）信号，并以时分多址方式接收从多个BD反向散射的上行信号。为了从多个设计维度提高系统性能并确保公平性，我们通过联合优化BD的后向散射时间部分、BD的功率反射系数和FAP的子载波功率分配来最大化所有BD之间的最小吞吐量，这受到LU的吞吐量约束、BD的收获能量约束和其他实际约束。因此，我们提出了一个有效的迭代算法来解决制定的非凸问题，利用块协调下降和连续凸优化技术。我们进一步证明了算法的收敛性，并分析了其复杂性。最后，大量的仿真结果表明，所提出的联合设计实现了显着的吞吐量增益相比，基准计划与平等的资源分配。
2018-05-03 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Wireless Communication: Modeling and Channel Estimation
最近完成的5G新无线电标准是几种尖端技术的结果，包括大规模多输入多输出（MIMO），毫米波（mm）通信和网络致密化。然而，这些技术面临两个主要的实际限制1）缺乏对无线信道的控制，以及2）无线接口的高功耗。为了满足绿色和可持续的未来蜂窝网络的需求，已经出现了使用智能反射表面（IRS）重新配置无线传播环境的概念。IRS由大量低成本的无源天线组成，这些天线可以巧妙地反射入射的电磁波以提高性能。本文着眼于对IRS的反射无线电概念的演变，概述了IRS辅助的多用户多输入单输出（MISO）通信模型，并讨论了它如何区别于传统的多天线通信模型。我们提出了一个最小均方误差（MMSE）的信道估计协议的设计和分析的IRS辅助系统。在2.5 GHz的工作频率的性能评估结果，以说明所提出的系统的效率。
2019-12-13 cs.IT eess.SP math.IT
A Hybrid Energy Sharing Framework for Green Cellular Networks
移动运营商越来越多地转向可再生能源（RE）作为使用传统电力的替代方案，以减少运营支出和碳足迹。由于每个基站（BS）处的RE生成和移动业务的随机性，能量的过剩或不足可能在任何给定时间发生。为了增加能量的自依赖性并最小化网络的能量成本，运营商需要有效地利用跨所有BS生成的RE。在本文中，提出了一种混合的蜂窝网络的能量共享框架，其中使用的物理电力线和能量交易与其他BS使用智能电网的组合。基于平均和完全统计的净RE可用的BS之间的物理电力线部署的算法，开发。之后，制定了一个能源管理框架，以最佳地确定要采购的电力和可再生能源的数量和交换BS之间，分别，同时考虑电池容量和实时能源定价。三种情况下，RE生成是未知的，完全已知的，部分提前知道。结果调查时变能源管理的BS和表现出相当大的减少平均能源成本由于混合能源共享计划。
2016-12-05 cs.CG cs.IT cs.NI
Downlink Power Minimization in Intelligent Reconfigurable Surface-Aided Security Classification Wireless Communications System
用户隐私保护被认为是无线网络中的一个关键问题，这推动了对各种安全信息交互技术的需求。本文介绍了一种智能反射面（IRS）辅助的安全分级无线通信系统，该系统通过对具有不同安全要求的用户进行分级，降低了基站的发射功率。具体来说，我们将用户分为保密用户的安全通信需求和一般通信用户的简单通信需求。在通信期间，我们在保证一般通信用户的服务质量的同时，保证保密用户的保密速率，从而降低基站的发射功率。为了实现这种安全和绿色的信息传输，BS对叠加有人工噪声（AN）的传输信号实施波束成形设计，然后在IRS反射的帮助下将其广播给用户。我们开发了一个交替的优化框架，以最大限度地减少BS下行链路功率相对于BS的主动波束形成器，在BS的AN矢量，和IRS的反射相移。提出了一种逐次凸逼近（SCA）方法，将非凸波束形成问题转化为凸形式。仿真结果表明，该算法具有较好的收敛性，与最佳基准方案相比，发射功率可降低20%.
2022-06-11 cs.IT eess.SP math.IT
Green Edge AI: A Contemporary Survey
The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；The University of Hong Kong（香港大学）；The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
本文综述了绿色边缘AI的研究，通过分析边缘AI系统能耗构成提出设计原则，并系统探讨了训练数据获取、边缘训练和边缘推理三项关键任务的节能设计方法，以应对无线边缘网络资源受限与深度学习高能耗之间的矛盾，推动6G网络中可持续的边缘AI发展。
2024-07-31 cs.AI cs.IT cs.NI
