Joint Energy and Spectrum Cooperation for Cellular Communication Systems
蜂窝通信系统由可再生能源供电，通常随着时间的推移具有不同的无线流量负载和可用资源。为了匹配它们的业务，当一个系统在一个资源中过多时（例如，频谱），而另一个在另一个中是足够的（例如，能源）。在本文中，我们提出了一个联合能源和频谱合作计划之间的不同蜂窝系统，以减少其运营成本。当两个系统在本质上完全合作时（例如，属于同一个实体），我们将合作问题转化为凸优化问题，以最小化它们的加权和成本，并获得封闭形式的最优解。我们还研究了另一个部分合作的情况下，两个系统有自己的利益。我们表明，这两个系统寻求部分合作，只要他们找到系统间的能源和频谱资源之间的互补性。在部分合作的条件下，我们提出了一个分布式算法，使两个系统的成本逐渐，同时减少从非合作的基准到帕累托最优。这种分布式算法还具有成比例的公平成本降低，通过减少每个系统的成本成比例的迭代。最后，我们提供了数值结果来验证分布式算法的帕累托最优的收敛性和比较集中式和分布式的成本降低方法，完全和部分合作的情况下。
2014-08-25 cs.IT math.IT
Cooperative Tx/Rx Caching in Interference Channels: A Storage-Latency Tradeoff Study
本文研究了在$3\times3$无线干扰网络中，在所有发射机和接收机都配备缓存的情况下，存储延迟的权衡问题。该折衷的特征在于在给定的归一化的发送器和接收器缓存大小下的所谓的部分递送时间（FDT）。我们首先提出了一个通用的合作发送器/接收器缓存策略，可调文件分割比。基于这种缓存策略，我们然后仔细设计的交付阶段，把所考虑的干扰信道机会主义到广播信道，多播信道，X信道，或这些信道的混合形式。然后，通过求解文件分割比的线性规划问题，得到了最小FDT的可实现上界。可实现的FDT是高速缓存大小的凸和分段线性递减函数。在不同的高速缓存大小区域中利用接收器本地高速缓存增益、编码多播增益和发射器协作增益（干扰对准和干扰中和）。
2016-05-25 cs.IT math.IT
Spectrum Sensing Via Reconfigurable Antennas: Is Cooperation of Secondary Users Indispensable?
这项工作提出了一个分析框架，通过计算出在每个方案中实现的分集和编码增益之间的权衡来表征合作和非合作频谱感知方案的性能。基于这一分析，我们试图回答的基本问题：我们可以免除SU的合作，仍然实现了任意的多样性增益？它表明，这确实是可能的，通过一种新的技术，可以提供分集增益为一个单一的SU使用一个天线。该技术是基于一个可重构的天线，随着时间的推移改变其传播特性的使用，从而创建一个人工的时间分集。结果表明，使用可重构天线优于合作以及非合作计划在低和高信噪比（SNR）。此外，如果信道状态信息在SU处可用，则还可以实现额外的SNR增益。
2014-01-30 cs.IT cs.NI math.IT
Diversity-Multiplexing Tradeoff of Network Coding with Bidirectional Random Relaying
本文提出了一种基于双向随机中继集的分集复用折衷（DMT）算法，其中所有节点的分布是一个平稳的泊松点过程。这是DMT的非平凡扩展，因为它需要考虑中继节点的合作（或缺乏合作）、业务模式以及前向和反向业务方向之间的时间分配。然后，我们使用这种权衡比较传统的时分多跳（TDMH）和网络编码（NC）的DMT。我们的主要结果是推导出的DMT为TDMH和NC。令人惊讶的是，这表明，如果中继节点协作，则NC并不总是具有比TDMH更好的DMT，因为难以同时实现两个源节点的双向发射分集。事实上，对于某些业务模式，由于前向和反向传输方向之间的次优时间分配，NC可能具有更差的DMT。
2009-09-25 cs.IT math.IT
Energy-Throughput Tradeoff in Sustainable Cloud-RAN with Energy Harvesting
在本文中，我们研究联合波束成形的能量吞吐量权衡在一个可持续的云无线电接入网络系统，其中多个基站（BS）由独立的可再生能源供电将协同传输无线信息和能量的数据接收器和能量接收器同时。为了在有限的时间范围内获得最佳的联合波束成形设计，我们制定了一个优化问题，以最大限度地提高数据接收器的吞吐量，同时保证足够的RF充电能量的能量接收器。虽然这类问题是非凸的，但它可以松弛成凸的形式，并以松弛问题的最优值为上界。我们进一步证明了上界的紧密性，通过显示放松的问题的最优解是秩一。在此基础上，提出了一种有效的在线算法。最后，进行了大量的仿真，以验证所提出的联合波束形成策略的优越性，其他波束形成设计。
2017-05-08 cs.IT cs.NI math.IT
Cooperative Energy Trading in CoMP Systems Powered by Smart Grids
研究了智能电网供电的协调多点（CoMP）系统中的能量管理问题，其中允许每个本地可再生能源发电的基站（BS）与电网进行双向能量交易。由于分布式BS上的不均匀的可再生能源供应和通信能源需求以及它们从电网购买/向电网出售能源的价格差异，合作BS联合管理它们与电网的能源交易和基于CoMP的通信中的能源消耗以降低总能源成本是有益的。具体地说，我们考虑在一个CoMP集群的下行链路传输，通过联合优化BS的购买/出售的能量单位从/到网格和他们的合作发送预编码，以便最小化总的能量成本受到给定的服务质量（QoS）约束的用户。首先，我们通过开发一种基于凸优化和上下行对偶技术的算法来获得该问题的最优解。接下来，我们提出了一个次优的解决方案，比最优的解决方案，其中迫零（ZF）为基础的预编码在BS实现的复杂性较低。最后，通过大量的模拟，我们显示了我们提出的联合能源交易和通信合作计划在能源成本降低方面所取得的性能增益，相比传统的计划，分别设计通信合作和能源交易。
2015-04-14 cs.IT math.IT
Power-Bandwidth Tradeoff in Dense Multi-Antenna Relay Networks
我们考虑了一个密集衰落多用户网络，其中多个有源多天线源-目的地对终端通过一个大的公共集合的$K$多天线中继终端在全空间复用模式下同时通信。我们使用香农理论的工具来分析能量效率和频谱效率之间的权衡（称为功率带宽权衡）在有意义的渐近制度的信噪比（SNR）和网络规模。我们设计了线性分布式多天线中继波束形成（LDRB）计划，利用多用户干扰的空间特征，并在源和中继传输的系统范围内的功率约束下，表征其功率带宽权衡。多个用户，多个中继和多个天线上的高和低SNR制度的关键性能指标的影响进行了研究，以揭示新的光功率和带宽的要求，通过使用这种实际的中继合作技术的可能减少。我们的研究结果表明，由分布式中继波束成形技术支持的点对点编码多用户网络产生增强的能量效率和频谱效率，并且具有适当的信令和足够的天线自由度，可以实现渐进最优的功率-带宽折衷，具有最佳可能性（即，如在割集边界中）$K^{-1}$的能量缩放以及对于大量中继终端在任何SNR下的最佳可能频谱效率斜率。
2007-02-02 cs.IT math.IT
Energy Efficient Cooperative Strategies for Relay-Assisted Downlink Cellular Systems, Part I: Theoretical Framework
考虑认知对多个中继辅助基站传输的下行蜂窝系统能量效率的影响。该问题的动机是中继辅助解决方案在移动网络中的实际重要性，例如LTE-A，其中中继之间的合作有望大大提高系统的能量效率。我们研究了在基站的功耗和中继节点的合作和认知水平之间的根本权衡。通过将相同的消息分发给多个中继站，基站消耗更多的功率，但它使中继站之间的合作，从而使中继站之间的传输到目的地的多用户认知信道。由于干扰管理和相干合并增益，中继之间的协作允许用于从中继向终端用户发送的功率的降低。这些增益甚至在部分或单向发射机协作的情况下也存在，这是在认知信道（诸如认知干扰信道和具有认知中继的干扰信道）中的情况。因此，我们解决的问题，确定在继电器的最佳合作水平，从而导致最小的总功耗时，占由于认知的功率降低。一个实际的设计实例和数值模拟在配套文件（第二部分）。
2013-03-29 cs.IT math.IT
Grid Energy Consumption and QoS Tradeoff in Hybrid Energy Supply Wireless Networks
混合能源供应（HES）无线网络最近已经成为实现绿色网络的新范例，绿色网络由电网和收获的可再生能源供电。在本文中，我们将研究两个关键的，但相互冲突的设计目标的HES网络，即，网格能耗和服务质量（QoS）。通过利用所收集的能量来最小化电网能量消耗将使网络环境友好，但是可实现的QoS可能由于能量收集的间歇性而降级。为了研究这两个方面之间的权衡，我们引入了总服务成本作为性能指标，这是电网能源成本和QoS降级成本的加权和。采用基站分配和功率控制作为最小化总服务成本的主要策略，同时考虑了非因果和因果侧信息的情况。利用非因果边信息，提出了一种低复杂度、性能接近最优的贪婪分配算法。在有因果边信息的情况下，设计问题被表述为离散马尔可夫决策问题。有趣的解决方案的结构，这将有助于开发一个有效的单调逆向归纳算法。为了进一步降低复杂度，还提出了一个前瞻策略和一个基于启发式策略。仿真结果将验证所提出的算法的有效性，并展示独特的网格能量消耗和服务质量的折衷在HES网络。
2016-01-28 cs.IT math.IT
Fundamental Tradeoff between Storage and Latency in Cache-Aided Wireless Interference Networks
本文研究了一般无线干扰网络中所有发射机和接收机都配备缓存的存储和延迟之间的基本权衡。该折衷由信息理论度量\emph{normalized delivery time}（NDT）表征，其是在由给定信道的自由度（DoF）指定的传输速率下的实际业务负载的最坏情况递送时间。我们得到一个可实现的上限和理论上的最小NDT的下限为任何数量的发射机，任何数量的接收机，和任何可行的缓存大小元组。我们表明，可实现的NDT是完全最佳的在某些缓存大小的区域，是在一个有界的乘法差距的理论下限在其他地区。在可扩展性分析中，我们首先提出了一种新的协作发送器/接收器编码缓存策略。它提供了自由调整文件分割率NDT最小化。然后，我们提出了一个交付策略，考虑干扰网络转换成一类新的合作X-组播信道。它利用本地缓存增益，编码多播增益，和发射机合作增益（通过干扰对齐和干扰抵消）机会主义。最后，通过求解线性规划问题得到可实现的无损检测。这项研究表明，在发送端和接收端的缓存，网络可以同时受益于流量负载的减少和传输速率的提高，从而有效地减少内容交付延迟。
2017-06-17 cs.IT math.IT
Energy Efficient Resource Allocation for Time-Varying OFDMA Relay Systems with Hybrid Energy Supplies
本文研究了正交频分多址（OFDMA）中继系统的能量有效的资源分配，该系统是由传统的公用电网和可再生能源发电机配备了存储设备。无线电资源的最佳使用取决于可再生能源发电和移动业务的特性，这表现出时间和空间的差异。在不知道系统统计先验知识的情况下，利用李雅普诺夫优化方法将问题分解为联合流量控制、无线资源分配和能量管理。实验证明，该算法在数据缓冲区和存储设备容量有限的情况下，可以获得接近最优的性能。仿真结果表明，该算法能够在系统效用和常规能耗之间实现灵活的折衷。与其他方案相比，该算法具有更好的性能。
2016-04-06 cs.DC cs.IT cs.NI
Energy Efficient Scheduling and Groupping for Machine-TYpe Communications over Cellular Networks
在本文中，能量有效的调度部署在蜂窝网络中的分组机器类型的设备进行了研究。我们引入了一个基于奖励的合作激励计划，使机器节点在本地组织起来，创建机器组，并通过组代表到基站进行通信。该方案得益于一种新的调度器设计，它考虑到每个节点的合作水平，补偿组代表的额外能量消耗，并最大限度地提高网络的生命周期。由于重用蜂窝上行链路资源用于组内的通信降低了主用户的服务质量（QoS），因此提供了分析结果，其呈现了给定小区中同时活动的机器组的最大允许数量与主用户的QoS之间的折衷。此外，我们扩展了我们的现有蜂窝网络的解决方案，提出了一个合作激励LTE调度器，并提出我们的仿真结果在LTE的上下文中。仿真结果表明，所提出的解决方案显著延长了网络的生存时间。此外，它示出，在某些情况下，由机器设备重用上行链路资源可以显着降低主用户的中断性能，因此，机器设备和蜂窝用户的共存管理对于下一代蜂窝网络是至关重要的，以使基于组的机器类型的通信，同时保证主用户的QoS。
2016-03-17 cs.IT math.IT
Joint Energy-Bandwidth Allocation for Multi-User Channels with Cooperating Hybrid Energy Nodes
在本文中，我们考虑的能量带宽分配的多个用户的网络，其中每个发射机供电的能量采集器和传统的电网，在指定的频带上正交接入网络。我们假设每个发射机的能量收集状态和信道增益可以先验地针对$K$时隙进行预测。不同的发射器可以通过向彼此贡献能量来合作。通过一个优化目标，这是一个线性组合的这些数量的加权和吞吐量，使用网格能源，和能源合作量之间的权衡进行了研究。这导致具有O（$N^2K$）约束的优化问题，其中$N$是发射器-接收器对的总数，并且优化是在表示能量和带宽分配、电网能量利用和能量协作的七组变量上。为了有效地解决这个问题，提出了一个迭代算法使用近似雅可比ADMM。近似雅可比ADMM步骤对应的优化子问题以封闭形式求解。我们表明，该算法收敛到最优解的整体复杂度为O（$N^2K^2$）。仿真结果表明，该算法能够有效利用采集的能量、电网能量、能量协作和可用带宽。
2017-06-16 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Antenna Selection and Power Allocation for Large-Scale Multiple Antenna Systems with Hybrid Energy Supply
能量收集和大规模多天线技术的组合提供了一种有前途的解决方案，用于通过利用可再生能源和降低每个用户和每个天线的传输功率来提高能量效率（EE）。然而，由于可再生能源的间歇性特征和有限的电池容量，将能量收集能力引入大规模多天线系统对节能系统设计提出了许多新的挑战。此外，大量射频（RF）链的总制造成本和总功率不可忽略，并且使用所有天线进行传输将是不切实际的。在本文中，我们提出了一种能量有效的天线选择和功率分配算法，以最大限度地提高EE的约束下的用户的服务质量（QoS）。利用非线性分式规划的性质，提出了一种求解非凸EE优化问题的迭代离线优化算法。通过计算机模拟，分析和验证了最大EE，选择的天线数量，电池容量和EE-SE权衡之间的关系。
2014-08-24 cs.IT math.IT
Transmit Power Minimization for Wireless Networks with Energy Harvesting Relays
能量收集（EH）最近已经成为绿色通信的关键技术，因为它可以用可再生能源为无线网络供电。然而，用EH节点直接取代传统的非EH发射机将是一个挑战。在本文中，我们建议部署额外的EH节点作为中继在现有的非EH网络。具体而言，所考虑的非EH网络由多个源-目的地（S-D）对组成。部署的EH中继器将轮流协助每个S-D对，并且可以实现能量分集以对抗每个EH中继器的低EH率。为了充分利用这些EH中继，与源发送功率最小化的设计目标，我们制定了一个联合功率分配和中继选择问题，然而，这是NP-难的。因此，我们提出了一个通用的框架来开发有效的次优算法，这主要是基于一个充分条件的优化问题的可行性。该条件产生有用的设计见解，也揭示了能量硬化效应，这提供了免除非因果EH信息的要求的可能性。仿真结果表明，所提出的合作策略可以实现接近最优的性能，并提供显着的节能。与只优化当前传输块性能的贪婪协作方法相比，该策略可以用更少的中继实现相同的性能，并且性能差距随着S-D对的数量增加而增大。
2016-01-17 cs.IT math.IT
Algorithmic Aspects of Energy-Delay Tradeoff in Multihop Cooperative Wireless Networks
研究了时延受限的协作多跳无线网络中的能量有效传输问题。协作多跳方案的组合性质使得很难设计有效的多项式时间算法来决定哪些节点应该参与协作，以及它们应该何时以及以什么功率发送。在这项工作中，我们在无记忆网络中解决了这个问题，有或没有延迟约束，即，服务质量保证。我们分析了广泛的设置，包括单播，组播和广播，和两个主要的合作方法，即：能量积累（EA）和互信息积累（MIA）。我们提供了一个广义的算法制定的问题，包括所有这些情况下。我们调查的EA和MIA在我们的广义配方的相似性和差异。我们证明了广播和多播问题，在一般情况下，不仅NP困难，而且O（log（n））不可逼近。我们把这些问题分为三个部分：排序，调度和功率控制，并提出了一种新的算法，给定一个排序，可以最优地解决联合功率分配和调度问题在多项式时间内同时进行。我们进一步表明，经验表明，这种算法结合使用的Dijkstra的最短路径算法产生接近最佳的性能在典型的设置中的顺序推导。对于单播的情况下，我们证明，虽然问题仍然NP难与MIA，它可以解决最佳的，在多项式时间内使用EA。我们进一步使用我们的算法研究数值延迟和功率效率之间的权衡在合作广播和比较EA与MIA的性能以及我们的合作算法的性能与智能非合作算法在广播设置。
2011-12-29 cs.DS cs.IT math.IT
Optimizing DF Cognitive Radio Networks with Full-Duplex-Enabled Energy Access Points
随着射频能量收集技术的发展，无线供电的协作认知无线电网络（CCRN）在提高频谱利用率的同时，也激发了主、次系统之间的联合信息和能量合作，引起了人们极大的兴趣。专用能量波束成形（EB）旨在弥补无线功率传输（WPT）的低效率，然而，这引起带外EH阶段，从而导致低协作效率。为了解决这个问题，在本文中，我们考虑了一种新的RF EH CCRN辅助全双工（FD）使能的能量接入点（EAP），可以合作无线充电的次级发射机（ST），同时在第一传输阶段接收主发射机（PT）的信号，并在第二传输阶段执行解码和转发（DF）中继。我们研究了一个加权和速率最大化问题的发射功率约束以及总成本约束，使用连续凸逼近（SCA）技术。一个迫零（ZF）为基础的次优方案，只需要本地CSI的EAP，以获得其最佳的接收波束成形。各种权衡之间的加权和率和其他系统参数提供的数值结果，以证实所提出的解决方案对基准的有效性。
2017-03-28 cs.IT math.IT
