Optimal Scheduling and Power Allocation for Two-Hop Energy Harvesting Communication Systems
能量收集（EH）是近年来新兴的绿色通信技术。为了实现其潜力，需要重新设计通信协议，以对抗收集能量的随机性。在本文中，我们研究如何应用中继，以改善短期性能的EH通信系统。对于EH源和非EH半双工中继，我们考虑两个不同的设计目标：1）短期吞吐量最大化;和2）传输完成时间最小化。这两个问题都是联合调度和功率分配问题，在中继的半双工约束，提出了相当具有挑战性的。一个关键的发现是，定向注水（RDD），这是单跳EH系统的最佳功率分配算法，可以作为指导两跳通信系统的设计，因为它不仅决定了最佳性能的值，但也形成了基础，以获得最佳的解决方案，为两个设计问题。基于一个放松的能量配置文件，以及与ESTA算法，我们推导出这两个问题的最佳解决方案的关键属性，然后提出有效的算法。仿真结果表明，调度和功率分配优化是必要的两跳EH通信系统。
2012-12-21 cs.IT math.IT
Performance of Two-Hop Cooperative Cognitive Networks with an Energy Harvesting Relay
本文研究了一种基于能量收集（EH）多天线中继的协作认知无线电网络（CCRN），研究了在峰值干扰功率控制下，时间切换（TS）和功率分配（PS）协议的中断和吞吐量性能。我们假设中继分别在第一跳和第二跳中使用最大比合并和发射天线选择。与其他文献不同，我们最佳地结合了直接和中继信号在目的地，并证明，由于随机性质的信道和功率控制，有相当大的改善性能。我们还分析了EH-CCRN的性能与增量中继，{解析量化吞吐量的增益{上} EH-CCRN}。对于少量的天线在中继，吞吐量性能的EH-CCRN实际上是劣于一个使用的直接链路没有中继，而增量方案总是优越的。我们建立，存在EH参数的最佳值，导致TS和PS EH协议的最大吞吐量。在某些特殊情况下，我们推导出这些封闭形式的表达式。计算机模拟用于验证推导的表达式。
2020-09-21 cs.IT math.IT
Age-Minimal Transmission in Energy Harvesting Two-hop Networks
我们考虑一个能量收集两跳网络，其中源通过中继与目的地通信。在给定的通信会话时间期间，源从物理现象收集测量更新并将其发送到中继，中继然后将其转发到目的地。目标是尽可能及时地将这些更新发送到目的地;即，使得信息的总年龄在通信会话结束时最小化，受到源和中继处的能量因果关系约束以及中继处的数据因果关系约束。源和中继都使用固定的但可能不同的传输速率。因此，每个更新分组引起固定的非零传输延迟。我们首先解决这个问题的单跳版本，然后表明，两跳的问题是解决了治疗的源和中继节点作为一个组合节点，与一些参数变换，并解决一个单跳之间的问题，组合节点和目的地。
2017-12-06 cs.IT cs.NI math.IT
End-to-end Throughput Maximization for Underlay Multi-hop Cognitive Radio Networks with RF Energy Harvesting
研究了能量收集认知无线电网络（EH-CRN）中主用户（PU）和次用户（SU）共存的绿色模式，其中无电池SU捕获PU的频谱和能量，以提高频谱效率和绿色能源利用率。为了降低SU的发射功率，我们采用时分多址的多跳传输，通过该多跳传输，SU首先从PU的RF信号中收获能量，然后在分配的时间内与PU同时发射数据，所有这些都在授权频谱中。这样，每个SU的可用发射能量主要取决于在轮到发射之前所收获的能量，即能量因果关系。同时，必须严格控制SU的发射功率，以保护PU免受有害干扰。因此，受能量因果关系约束和干扰功率约束，我们研究了端到端的吞吐量最大化问题的最优时间和功率分配。为了解决这个非凸问题，我们首先等价地将其转化为一个凸优化问题，然后提出了联合最优时间和功率分配（JOTPA）算法，迭代求解一系列的可行性问题，直到收敛。大量的仿真评估的性能与JOTPA的EH-CRN在三个典型的部署场景，并通过与其他两个资源分配算法进行比较，验证了JOTPA的优越性。
2017-03-08 cs.IT math.IT
Network-Level Cooperation in Energy Harvesting Wireless Networks
我们考虑一个由源节点、中继节点和目的节点组成的两跳通信网络，其中源节点和中继节点都有外部业务到达。中继转发源节点的流量的一部分到目的地和合作是在网络级执行。此外，源节点和中继节点都具有能量收集能力和无限电池来存储收集的能量。我们研究了能量约束对稳定区域的影响。具体地说，我们提供了两跳网络的能量收集源和中继的稳定区域上的内部和外部边界。
2013-09-06 cs.IT cs.NI math.IT
Resource Allocation of Dual-Hop VLC/RF Systems with Light Energy Harvesting
本文研究了双跳异构可见光通信（VLC）/射频（RF）通信系统中以总吞吐量最大为目标的时间分配优化问题。本文研究了两种情况。对于第一种情况，我们考虑一个光无线供电通信网络（WPCN），其中所有用户收获能量从接收到的光波在下行链路（DL），然后他们使用收获的能量在上行链路（UL）信道的基础上的时分多址（TDMA）方案发送信息信号。在UL的最佳时间分配，以最大化所有用户的总吞吐量。对于第二种情况，基于双跳VLC/RF的时间切换同时光波信息和功率传输（TS-SLIPT）假设LED在第一跳DL中同时传输信息和功率（即，VLC链接）。在中继站处收集的能量用于在第二跳中通过UL发送信息信号（即，RF链路）。我们提出了一个多目标优化问题（MOOP）来研究UL和DL和速率最大化之间的权衡。然后将非凸MOOP框架转化为等价形式，得到一组Pareto最优资源分配策略。我们还通过数值结果说明了所提出的方法的有效性。
2020-11-15 cs.IT eess.SP math.IT
Energy Harvesting Networks with Energy Cooperation: Procrastinating Policies
本文考虑了多终端网络的能量收集发射机节点，也能够无线传输能量或接收能量从网络中的其他节点。特别是，联合最佳的发射功率和能量传输策略，最大限度地提高总吞吐量的双向，两跳，和多个接入信道被确定。它示出的节点与无限大小的电池，延迟能量传输，直到能量需要立即在接收节点是总吞吐量最优的。集中在这样的拖延政策，而不会失去最优性，所述联合优化问题可以分解为能量转移和消耗的能量分配问题，这是解决串联。这种分解是持有有限大小的电池的情况下，以及，使用部分拖延的政策，避免电池溢出。据观察，对于两跳信道，所提出的算法有两个流体注水的解释，并为多址接入信道，它减少到一个单一的发射机的问题，总能量到达。数值结果表明，吞吐量的改善与双向能源合作没有合作和单向合作。
2015-08-20 cs.IT math.IT
Energy Harvesting Systems with Continuous Energy and Data Arrivals: the Optimal Offline and a Heuristic Online Algorithms
为了延长通信系统的寿命，能量收集已经被开发为用于通信系统的有效技术。在这项工作中，我们考虑了一个单用户能量收集无线通信系统，其中到达数据和收集的能量曲线建模为连续函数。对于单用户模型，我们的第一个目标是找到一个离线算法，它最大化的数据量，这是由给定的截止日期发送到接收节点。如果存在一个以上的计划，发送最大的数据，我们选择一个最小的利用能量在发射机节点。接下来，我们提出了一个在线算法，这个系统。我们还考虑了一个多跳能量收集无线通信系统在全双工模式，并找到最佳的离线算法，以最大限度地提高吞吐量。
2016-01-22 cs.IT math.IT
Timely Updates in Energy Harvesting Two-hop Networks: Offline and Online Policies
考虑了一种两跳能量收集通信网络，其中测量更新由源通过中间中继传输到目的地。更新应及时发送，以最大限度地减少信息的年龄，定义为自源生成目的地的最新更新以来所经过的时间。源和中继器使用从自然界收集的能量进行通信，这些能量存储在无限大的电池中。两个节点都使用固定的传输速率，因此更新会产生固定的延迟（服务时间）。提出了两个问题：离线问题和在线问题，在离线问题中能量到达信息是先验已知的，在在线问题中这种信息随时间被因果地揭示。在这两个问题中，它表明，它是最佳的传输更新从源的时间，因为中继准备将它们转发到目的地，使源和中继作为一个组合节点。在最优策略中反复出现的主题是，更新应尽可能均匀地分布在时间上，受能源因果关系和服务时间约束。这在离线设置中是完美实现的，并且几乎可以肯定地通过尽力策略在在线设置中实现。
2019-04-09 cs.IT cs.NI eess.SP
Stochastic Online Control for Energy-Harvesting Wireless Networks with Battery Imperfections
在能量收集（EH）网络中，能量存储设备（即，电池）通常并不完美。在本文中，我们考虑一个实用的电池模型，有限的电池容量，能量（放电）充电损失，能量耗散。考虑到这样的电池的缺陷，我们依靠李雅普诺夫优化技术开发一个随机的在线控制方案，旨在最大限度地利用EH多跳无线网络的数据率。它是建立该算法可以提供一个可行的和有效的数据准入，功率分配，路由和调度解决方案，而不需要任何统计知识的随机信道，数据流量，和EH过程。数值结果表明了该方法的优点。
2016-05-27 cs.IT math.IT
A Decentralized Optimization Framework for Energy Harvesting Devices
设计无线通信网络的分散策略是一个关键问题，到目前为止，文献中只部分解决了这个问题。在本文中，我们提出了分散马尔可夫决策过程（Dec-MDP）的框架来分析无线传感器网络与多个用户访问一个共同的无线信道。我们考虑具有能量收集能力的设备，以便它们的目标是平衡能量到达与数据离开以及与其他节点碰撞的概率。随着时间的推移，接入点随机触发SYNC时隙，其中它重新计算整个网络的最佳传输参数，并分发此信息。每个节点都接收自己的策略，该策略指定它将来应该如何访问信道，然后以完全分散的方式进行，而不与网络中的其他实体进行交互。我们提出了一个多层马尔可夫模型，其中外部MDP管理SYNC时隙之间的跳跃，内部Dec-MDP在不久的将来计算最优策略。我们数值表明，由于收获，一个完全正交的计划（例如，类似TDMA）在能量收集场景中是次优的，并且最优折衷在于正交接入系统和随机接入系统之间。
2017-01-09 cs.IT math.IT
Opportunistic Routing aided Cooperative Communication MRC Network with Energy-Harvesting Nodes
在本文中，我们考虑了一个多跳合作网络建立在两个能量收集（EH）解码和转发（DF）中继，这是提供与收获存储使用（HSU）架构，以收获能量从周围环境中使用的能量缓冲区。为了提高该网络的数据传输效率，提出了在目的节点采用最大比合并（MRC）算法合并源节点和中继节点的信号，以及考虑中继节点的位置、信道状态和能量缓冲状态的机会路由（OR）算法。应用离散时间连续状态空间马尔可夫链模型（DCSMC），推导了基于算法的无限大缓冲区能量极限分布的理论表达式。进一步，利用能量缓冲区的极限分布和发射机候选集的概率，得到了基于算法的网络中断概率、吞吐量和时隙代价的理论表达式。仿真结果验证了推导的算法为基础的理论表达式。
2023-02-02 cs.IT math.IT
Wireless Networks with RF Energy Harvesting: A Contemporary Survey
射频（RF）能量传输和收集技术最近已经成为为下一代无线网络供电的替代方法。由于这种新兴技术能够实现无线设备的主动能量补充，因此其在支持具有服务质量（QoS）要求的应用方面是有利的。在本文中，我们提出了一个广泛的文献综述的研究进展，在无线网络的RF能量收集能力，称为RF能量收集网络（RF-EHN）。首先，我们提出了一个概述的射频EHN，包括系统架构，射频能量收集技术和现有的应用。然后，我们介绍了电路设计的背景以及最先进的电路实现，并回顾了专门为RF-EHN设计的通信协议。我们还根据网络类型探讨了RF-EHN开发中的各种关键设计问题，即，单跳网络、多天线网络、中继网络和认知无线电网络。最后，我们展望了一些开放的研究方向。
2014-09-05 cs.IT cs.NI math.IT
Energy Harvesting Cognitive Radio with Channel-Aware Sensing Strategy
能量收集的认知无线电场景被认为是一个次用户（SU）与有限的电池容量机会主义地访问主用户（PU）信道。目标是在单用户多信道环境下，在能量中性约束和衰落信道条件下，最大化SU的吞吐量。提出了一种基于能量可用性的信道选择准则，该准则基于SU、信道条件和主网络的置信状态，选择最佳的信道子集进行感知，从而获得更高的吞吐量。我们构建了一个部分可观测马尔可夫决策过程框架的基础上提出的信道选择标准的信道感知的最佳和近视的传感策略。研究了PU和SU之间的感知错误和碰撞对后者吞吐量的影响。结果表明，存在一个折衷之间的传输时间和能量损失的冲突。
2014-05-25 cs.IT cs.NI math.IT
Optimizing Version AoI in Energy-Harvesting IoT: Model-Based and Learning-Based Approaches
针对能量收集物联网状态更新系统，研究语义指标版本信息年龄（VAoI）的优化，根据系统模型的三种认知程度提出对应策略，结合MDP与RL分析性能权衡，为语义感知策略设计提供指导。
2025-10-01 cs.IT cs.NI math.IT
Energy Management for Energy Harvesting Wireless Sensors with Adaptive Retransmission
本文分析了两个能量收集无线传感器节点之间的通信。节点采用自动重传请求和前向纠错机制进行差错控制。可用能量的随机性质和所收获能量的到达可能引起信号采样和解码操作的中断。我们提出了一种选择性的采样方案，其中发送的数据包的长度被采样取决于在接收器的可用能量。接收器在数据包的完整样本可用时执行解码。选择性采样信息比特被搭载在自动重复请求消息上以供发射机使用。这样，接收器节点更有效地管理其能量使用。此外，我们提出了部分可观测马尔可夫决策过程公式，它最大限度地减少了长期平均成对错误概率和优化发射功率。针对重传问题，提出了适合于选择性采样和信道状态信息的最优和次优功率分配策略。在电池容量有限和功率分配策略不变的情况下，推导了平均丢包率的解析表达式。数值仿真结果表明，与传统的方案相比，所提出的方案与功率分配策略的性能增益。
2017-10-25 cs.IT math.IT
Access Strategy in Super WiFi Network Powered by Solar Energy Harvesting: A POMDP Method
美国最近宣布的超级Wi-Fi网络提案旨在实现全国范围的互联网接入。由于传统的电缆连接电源系统对于大范围无线网络来说变得不切实际或成本高昂，因此需要为超级Wi-Fi部署新的基础设施。能量收集技术因其解决上述供电问题的潜力而受到全球的关注。从用户的角度来看，如何制定有效的网络选择和接入策略是一个关键问题。与传统的无线网络不同，在基于EH的网络中，在进行网络选择和接入时必须考虑电池的充电状态和趋势，这还没有得到很好的研究。在本文中，我们提出了一个实用和高效的框架，多个基站接入策略在EH供电的超级Wi-Fi网络。我们考虑从用户的角度来看，谁利用从一个基站的下行链路传输机会的接入策略。为了解决这个问题，我们使用部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP）来模拟用户对基站电池状况的观察以及对基站选择和接入的决策。仿真结果表明，我们的方法是有效的，并显着优于传统的广泛使用的CSMA方法。
2020-08-04 cs.IT math.IT
Joint Transfer of Energy and Information in a Two-hop Relay Channel
研究了两跳信道中带有射频能量收集中继的联合信息和能量传输问题。我们考虑一个有限的电池大小在继电器和确定性的能量损失在传输能量。换句话说，为了能够发送包含能量的符号，中继器必须接收多个包含能量的符号。因此，我们面对的是一种与记忆有关的通道。在接收端不知道信道状态的情况下，将电池中节省的能量建模为信道状态。首先，我们考虑没有任何信道噪声的问题，并得出一个可实现的速率。接下来，我们将结果扩展到第二跳（中继-接收器链路）中具有独立且同分布噪声的情况。
2017-04-13 cs.IT math.IT
Effect of Energy Harvesting on Stable Throughput in Cooperative Relay Systems
本文研究了随机介质接入条件下，能量约束对一个源节点、一个中继节点和一个目的节点组成的两跳网络的影响。被认为是一个擦除的碰撞信道，源和中继节点具有能量收集能力和无限的电池来存储收集的能量。此外，源和中继节点具有外部流量到达，并且中继将源节点的流量的一部分转发到目的地;在网络级执行合作。对于给定的传输概率向量的稳定区域的内界和外界。然后，分别获得内界和外界的封闭性，并且它们是相同的。这项工作不仅是连接信息论和网络的一个步骤，通过研究最大稳定吞吐量区域度量，而且它挖掘了相对未开发和重要的能量收集领域，并评估了对这一重要措施的影响。
2015-02-04 cs.IT cs.NI math.IT
Energy Harvesting Noncoherent Cooperative Communications
本文研究了能量收集（EH）中继系统中的同时无线信息和功率传输（SWIPT）。与现有的需要信道状态信息（CSI）进行相干信息传递的SWIPT方案不同，我们提出了一种用于解码转发（DF）中继系统的非相干SWIPT框架，绕过了对CSI的需要，从而节省了网络中的能量。SWIPT框架以统一的形式包含功率分配非相干测向（PS-NcDF）和时间切换非相干测向（TS-NcDF），并支持任意M进制非相干频移键控（FSK）和差分相移键控（DPSK）。精确的（非相干）最大似然检测器（MLDs）的PS-NcDF和TS-NcDF的开发在一个统一的形式，其中涉及积分评价，但作为非相干SWIPT的最佳性能基准。为了降低精确MLD的计算成本，我们还提出了封闭形式的近似MLD，实现接近最佳的性能，从而作为一个实用的解决方案，非相干SWIPT。数值结果表明，第一和第二跳之间的性能折衷，通过调整的时间切换或功率分配参数，其最佳值最小化的符号出错率（SER）严格介于0和1之间。我们证明，M-FSK的结果在一个显着的节能M-DPSK的M >= 8，因此M-FSK可能更适合EH中继系统。
2015-05-27 cs.IT math.IT
UROP: A Simple, Near-Optimal Scheduling Policy for Energy Harvesting Sensors
本文考虑了一个单跳无线网络，其中一个中心节点（或融合中心，FC）收集来自一组m个能量收集（EH）节点（例如无线传感器网络的节点）的数据。在每个时隙中，m个节点中的k个节点可以由FC调度用于在k个正交信道上传输。FC不知道节点的EH过程和当前电池状态;但是，它知道先前传输尝试的结果。我们的目标是找到一个低复杂度的调度策略，最大化的总吞吐量的数据积压系统使用的收获的能量，对于所有类型（均匀，非均匀，独立，相关（即马尔可夫）等）。EH流程。能量被假定为存储在节点电池中的损耗，直到存储容量（无限容量的情况下也被考虑）。这个问题是在有限和无限的问题视野。提出了一种低复杂度的策略UROP（Uniformizing Random Ordered Policy），并证明了其近似最优性。数值算例表明，在合理的电池容量下，UROP以近乎完美的效率使用到达的能量。由于该问题是一个具有平均报酬准则的不安分多臂强盗（RMAB）问题，因此UROP可能比通信网络有更广泛的应用领域。
2014-01-02 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
Energy Harvesting Communications Using Dual Alternating Batteries
实际的基于能量收集（EH）的通信系统通常使用电池来在所收集的能量用于通信之前临时存储所收集的能量。电池在部分放电（充电）、过度充电或深度放电后重复充电（放电）可能会损坏。这激发了循环约束，即电池必须仅在充分放电（充电）之后才能充电（放电）。我们还假设伯努利能量到达，和半双工约束，由于电池不同时充电和放电。在这种情况下，我们研究EH通信系统：（a）单电池容量为2B单位和（b）双电池，每个电池的容量为B单位。其目的是获得最佳的长期平均吞吐量和吞吐量区域中的点对点（P2P）信道和多址接入信道（MAC），分别。对于P2P信道，我们在单电池的情况下得到了一个解析的最优解，并提出了最优和次优的双电池的情况下的功率分配策略。我们扩展这些政策，以获得可实现的吞吐量区域MAC联合分配率和权力。从数值模拟中，我们发现，在双电池的情况下的最佳吞吐量显着高于单电池的情况下，虽然在这两种情况下的总存储容量是2B单位。此外，在所提出的策略中，单电池情况下的最大吞吐量区域包含在双电池情况下的吞吐量区域内。
2018-12-18 cs.IT math.IT
Exploiting Energy Accumulation Against Co-channel Interference in Wireless Energy Harvesting MIMO Relaying
研究了三节点多输入多输出中继系统中多天线中继处存在同信道干扰的情况。与传统的中继网络相反，我们考虑的情况下，中继是一个能量收集（EH）节点，并没有嵌入式能源供应。但它配备了可充电电池，以便它可以从源和共信道发射器发送的RF信号中收集和积累所收集的能量，以支持其操作。利用所考虑的系统的固有特性，我们开发了一种新的累积然后转发（ATF）协议，以消除CCI的有害影响。在所提出的ATF方案中，在每个传输块的开始处，中继可以选择EH操作以从源和CCI获取能量，或者信息解码（ID）操作以在遭受CCI的同时解码和转发源的信息。具体地，仅当中继站处的累积能量可以支持第二跳中的无中断传输时才激活ID操作。否则，在继电器处调用EH操作以收集和积累能量。通过建模的中继有限容量电池作为一个有限状态马尔可夫链（MC），我们推导出一个封闭的形式表示的系统吞吐量的建议ATF计划在混合Nakagami-m和瑞利衰落信道。数值结果验证了我们的理论分析，并表明所提出的ATF格式的能量积累显着优于现有的一个没有能量积累。
2016-09-29 cs.IT math.IT
Optimizing Energy-Harvesting Hybrid VLC/RF Networks with Random Receiver Orientation
本文针对室内混合VLC/RF两跳下行场景，优化DC偏置与传输时间分配以最大化数据速率，还分析了接收机随机朝向的影响并推导速率闭式表达式，验证了联合优化的性能增益。
2024-10-08 cs.IT eess.SP math.IT
Design of a Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted FM-DCSK-SWIPT Scheme with Non-linear Energy Harvesting Model
在本文中，我们提出了一种可重构的智能表面（RIS）辅助的频率调制（FM）差分混沌键控（DCSK）计划，同时无线信息和功率传输（SWIPT），称为RIS-FM-DCSK-SWIPT计划，低功耗，低成本，高可靠性的无线通信网络。特别是，所提出的计划下开发的非线性能量收集（EH）模型，可以准确地描述实际情况。所提出的RIS-FM-DCSK-SWIPT方案具有不需要信道状态信息的吸引人的特点，从而避免了复杂的信道估计。在多径瑞利衰落信道下，我们进一步推导了该方案的能量短缺概率和比特出错率（BER）的理论表达式。此外，我们研究了两种不同情况下关键参数对所提出的传输方案性能的影响，即，RIS辅助接入点（RIS-AP）和双跳通信（RIS-DH）。最后，我们进行了各种蒙特卡洛实验，以验证理论推导的准确性，说明所提出的方案的性能优势，并给出了一些设计的启示，为今后的研究。
2023-03-14 cs.IT eess.SP math.IT
Heterogeneous Multi-Tier Networks: Improper Signaling For Joint Rate-Energy Optimization
未来通信系统中的无线节点需要克服三个障碍时，相比于他们的过渡对应，即支持显着更高的数据率，具有持久的能量供应，并保持在干扰有限的异构网络中完全操作。这可以通过提供三个有希望的特征来部分地实现，这三个特征是射频（RF）能量收集、不适当的高斯信令和在全双工通信模式下操作，即，在同一频带内同时发送和接收。在本文中，我们在多天线异构两层网络中联合考虑了这些方面。在该网络中，毫微微小区中的用户与宏小区中的蜂窝用户共享稀缺资源，并且必须应对来自宏小区基站的干扰以及由于不完美的全双工操作而导致的发射机噪声和残余自干扰（RSI）。有趣的是，虽然这些损伤从可实现速率的角度来看是有害的，但它们从能量收集方面是有益的，因为它们携带RF能量。在本文中，我们认为这种自然的权衡联合，并提出适当的波束成形和最佳资源分配的优化问题。此外，各种接收器结构被用于信息检测（ID）和能量收集（EH）能力。本文旨在描述可实现的速率和收获的能量之间的权衡。速率和能量最大化问题进行了深入研究。最后，数值例子表明能量收集的可达速率性能的影响。
2017-11-06 cs.IT math.IT
Optimal Radio Frequency Energy Harvesting with Limited Energy Arrival Knowledge
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Royal Institute of Technology (KTH)（瑞典皇家理工学院）
在本文中，我们制定了最佳的政策，以决定何时无线节点的射频（RF）能量收集（EH）的能力，应该尝试和收获周围的RF能量。虽然RF-EH的想法很有吸引力，但尝试收集能量并不总是有益的;在环境能量低的环境中，节点在其收集电路开启的情况下唤醒可能消耗比它们可以从环境无线电信号中提取的能量更多的能量;然后最好进入睡眠方式直到环境RF能量增加。为此，我们考虑一个场景与间歇性的能量到达和无线节点，唤醒一段时间（在此称为时隙）和收获能量。如果在时隙期间收集足够的能量，则收集成功并且存储过量的能量;然而，如果不存在足够的能量，则收集不成功并且能量丢失。我们假设环境能量水平在时隙期间是恒定的，并且在时隙边界处改变。能级动态由两状态Gilbert-Elliott马尔可夫链模型描述，其中马尔可夫链的状态只能在收获动作期间观察到，而不能在睡眠方式中观察到。在此模型下研究了两种情况。在第一种情况下，我们假设我们有知识的马尔可夫链的转移概率和制定的问题作为一个部分可观察马尔可夫决策过程（POMDP），在那里我们找到一个基于阈值的最优策略。在第二种情况下，我们假设我们没有任何关于这些参数的知识，并制定了贝叶斯自适应POMDP的问题，以减少计算的复杂性，我们还提出了一个启发式后验抽样算法。我们的方法的性能证明通过数值例子。
2015-08-02 cs.IT cs.LG math.IT
Performance of User-Assisted Nonlinear Energy Harvesting NOMA Network with Alamouti/MRC
本文研究用户辅助非线性 EH NOMA 双跳网络，结合 Alamouti-STBC、MRC 与 DF 中继，推导 Nakagami-m 衰落下精确及渐近 OP，并经 Monte Carlo 仿真验证直连链路可显著改善远端用户性能。
2024-10-28 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Sensing and Communication over a Time-Correlated Channel with an Energy Harvesting Transmitter
能量收集（EH）发射机通信的时间相关的无线信道被认为是。发射器能够感测当前信道状态，尽管以能量和传输时间两者为代价。EH发射机旨在通过选择以下动作之一来最大化其长期吞吐量：$i)$推迟其传输以节省能量以供将来使用，$ii)$以低速率可靠地发送，$iii)$以高速率发送，以及$iv)$感测信道以以能量和传输时间为代价来揭示信道状态，然后决定推迟或发送。该问题被制定为一个部分可观察的马尔可夫决策过程的信道状态的信念。最优策略表现出的信念状态的阈值行为，与电池相关的阈值。最佳阈值和性能的数值特征，通过值迭代算法以及策略搜索算法，利用阈值结构的最优策略。我们的研究结果表明，尽管相关的时间和能源成本，智能地感测信道跟踪信道状态，提高了可实现的长期吞吐量显着相比，这些协议的性能缺乏这种能力，以及一个总是感测信道。
2017-10-30 cs.IT cs.NI math.IT
Simultaneous Wireless Information and Power Transfer for Two-hop OFDM Relay System
研究了两跳正交频分复用（OFDM）解码转发（DF）中继通信系统中的无线信息和功率同步传输（SWIPT）问题，中继从信源发送的射频信号中获取能量，然后利用获取的能量辅助信源到目的地的信息传输。在中继站处考虑功率分裂接收器，其将接收到的信号分裂成两个功率流以分别执行信息解码（ID）和能量收集（EH）。为了更好地理解这样的系统的行为和探索的性能极限，资源分配进行了研究，以最大化的总可实现的传输速率。一个优化问题，它联合考虑到功率分配，子载波配对和功率分裂，制定。针对其非凸性，设计了一种基于分离原则的低复杂度资源分配策略。仿真结果表明，该策略可以显著提高系统性能。研究结果表明，在采用EH中继的两跳OFDM系统中，中继应部署在源端附近，而在采用传统非EH中继的两跳OFDM系统中，中继应部署在源端和目的端之间。
2014-07-01 cs.IT math.IT
Optimal Policies for Wireless Networks with Energy Harvesting Transmitters and Receivers: Effects of Decoding Costs
我们考虑能量收集通信系统中的解码成本的影响。在我们的设置中，除了发射器之外，接收器仅依赖于从自然界中收集的能量，并且需要花费一些能量来解码其预期的数据包。我们将解码能量建模为传入数据速率的递增凸函数。在这种设置中，除了发射机处的传统能量因果关系约束之外，我们还在接收机处具有解码因果关系约束，其中接收机用于解码所花费的能量不能超过其收获的能量。我们首先考虑点到点的单用户问题的目标是最大限度地提高总吞吐量由一个给定的最后期限受到能源和解码因果关系的约束。我们表明，在接收机的解码成本可以表示为广义的数据到达发射机，从而将所有的系统约束的发射机侧。然后，我们考虑几个多用户设置。我们从一个两跳网络的中继和目的地有解码成本，并表明，可分离的政策，其中发射机的吞吐量最大化，无论中继的传输能量配置文件，是最佳的。接下来，我们考虑多址接入信道（MAC）和广播信道（BC）的发射机和接收机从自然界中收获能量，并表征最大离开区域。在所有考虑多用户设置，我们分解成内部和外部问题的问题。我们利用特定模型的结构来解决内部问题，并通过注水算法来解决外部问题。
2015-09-15 cs.IT cs.NI math.IT
Linear/Non-Linear Energy Harvesting Models via Multi-Antenna Relay Cooperation in V2V Communications
本文研究V2V通信中多天线中继协作的RF能量收集系统，推导双跳解码转发中继在双瑞利衰落下的误比特率，对比PS/DA-EH模式与L/NL-EH模型，发现PS-EH在等天线和距离下更优且可通过增加功率或天线优化性能。
2023-05-21 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Complexity AoI-Optimal Status Update Control with Partial Battery State Information in Energy Harvesting IoT Networks
本文研究能量收集物联网中仅知部分电池状态信息下的状态更新控制问题，提出CN策略及WUGC扩展方法，以低复杂度实现近最优的AoI性能。
2025-04-08 cs.IT cs.SY eess.SY
Optimal Design of Energy-Harvesting Hybrid VLC-RF Networks
在本文中，我们考虑了一个室内下行双跳混合可见光通信（VLC）/射频（RF）的情况。对于每个传输块，我们动态地分配一部分时间资源给VLC，另一部分分配给RF传输。在第一阶段（即，VLC传输），LED将数据和能量两者携带到能量采集器中继节点。在第二阶段（即，RF通信）时，中继器利用所收集的能量来将解码的信息重新发送到远端RF用户。在此阶段，LED继续向中继节点传输功率（无信息），旨在收集可用于下一个传输块的能量。我们制定的意义上的最大化的数据率解码转发（DF）中继的假设下的优化问题。作为设计参数，直流（DC）偏置和分配的VLC传输的持续时间被考虑在内。特别地，联合非凸优化被分成两个子问题，然后循环求解。在第一个子问题中，我们固定分配的VLC链路的持续时间，并利用优化最小化（MM）过程来解决非凸直流偏置问题。在第二子问题中，我们固定在前一步骤中获得的DC偏置，并解决针对所分配的VLC链路持续时间的优化问题。我们的研究结果表明，更高的数据率可以通过解决直流偏置和持续时间的联合问题相比，单独优化直流偏置。
2022-11-19 cs.IT eess.SP math.IT
Secrecy Outage Analysis of Energy Harvesting Relay-based Mixed UOWC-RF Network with Multiple Eavesdroppers
研究了双跳水下光通信射频网络在多个窃听者通过射频链路入侵的情况下的物理层安全性能。水下源和目的地之间的中间解码和转发中继节点将光信号转换为电形式，并在中继器从系统内的集成功率信标收集的能量的帮助下将其重新传输到目的地节点。源到中继链路（UOWC）遵循混合指数广义Gamma湍流与指向错误损害，而所有其余的链路（RF）进行$κ-μ$阴影衰落。关于入侵者的类型，这里考虑两种情况，即，合谋（\textit{Scenario-I}）和非合谋（\textit{Scenario-II}）的窃听者和安全中断概率的解析表达式，严格正保密容量的概率，和有效的保密吞吐量推导出封闭的形式为每个场景。此外，UOWC和RF信道参数以及检测技术对保密容量的影响进行了论证，在此之后，对所考虑的两种情况进行了比较，表明窃听者之间的勾结对保密吞吐量造成了最有害的威胁，但是在目的地和功率信标节点处采用分集以及外差检测可以获得更好的保密级别，而不是强度调制和直接检测技术。最后，所有推导出的表达式通过蒙特卡罗模拟证实。
2023-02-20 cs.IT eess.SP math.IT
An Efficient Deep CNN Design for EH Short-Packet Communications in Multihop Cognitive IoT Networks
在本文中，我们设计了一个高效的深度卷积神经网络（CNN），以提高和预测多跳认知物联网（IoT）网络中的能量收集（EH）短分组通信的性能。具体来说，我们提出了一个Sum-EH方案，允许物联网节点从功率信标或主发射机中获取能量，不仅可以提高数据包传输，还可以提高能量收集能力。然后，我们建立了一个新的深度CNN框架与功能增强收集块的基础上提出的总和EH计划，同时估计块出错率（BLER）和吞吐量的高精度和低执行时间。仿真结果表明，提出的CNN框架实现了与Sum-EH框架几乎完全相同的误码率性能和吞吐量，同时大大降低了计算复杂性，为复杂场景下的物联网系统提供了实时设置。此外，所设计的CNN模型在所考虑的数据集上实现了${1.33\times10^{-2}}$的均方根误差（RMSE），与深度神经网络和最先进的机器学习方法相比，其表现出最低的RMSE。
2022-01-25 cs.IT math.IT
Wireless Information and Power Transfer for Multi-Relay Assisted Cooperative Communication
在本文中，我们认为同时无线信息和功率传输（SWIPT）的多中继辅助两跳中继系统，其中多个中继节点同时协助从源到目的地的传输使用分布式空时编码的概念。每个中继应用功率分配协议来协调接收信号能量以用于信息解码和能量收集。针对解码转发（DF）和放大转发（AF）中继协议，推导了中继节点功率分配比的优化问题。提出了有效的算法来寻找最优解。仿真结果验证了所提方案的有效性。
2016-02-22 cs.IT math.IT
Distributed Power Control for Delay Optimization in Energy Harvesting Cooperative Relay Networks
我们考虑与能量收集（EH）中继协作通信，并开发了一个分布式的中继终端的功率控制机制。与主要处理具有饱和业务流的单中继系统的现有技术不同，我们解决了由多个半双工EH中继协作转发的突发数据到达源的情况。我们的目标是优化的长期运行的平均延迟的源数据包的能量中性约束下，每个中继的功耗。虽然EH继电器系统主要使用离线或在线方法进行优化，但我们采用了更现实的学习理论方法。因此，我们的计划可以部署为实时操作，而不假设非因果信息的信道实现，数据/能量到达所需的离线优化，也不依赖于精确的统计系统的过程是在线优化的情况下。我们制定的问题作为一个部分可观察的相同的支付随机博弈（PO-IPSG）与因子控制器，其中每个中继的功率控制策略是自适应的本地源到中继/中继到目的地的信道状态，其本地能量状态以及源缓冲区状态信息。我们推导出一个多智能体强化学习算法，该算法收敛于PO-IPSG的局部最优解。所提出的算法没有显式的中继之间的消息交换，同时只引起很少的源中继信令开销。通过仿真，我们对比了所提出的方法与现有的吞吐量最大化的算法的延迟性能。结果表明，与这些算法相比，本文所采用的系统方法具有较小的次优差距，一旦对一个集中的最优策略武装与完美的统计。
2018-10-24 cs.GT cs.IT cs.NI
On the Capacity of Wireless Powered Cognitive Relay Network with Interference Alignment
本文研究了一种具有干扰对齐的两跳解码转发认知无线电系统。中继节点是能量受限的，并且从干扰信号中清除能量。在文献中，有两个主要的能量收集协议，即时间切换继电保护和功率分裂继电保护。我们首先演示了如何设计所考虑的主网络和辅助网络的波束成形矩阵。在此基础上，考虑时间切换和功率分配协议的不同部分，对信道状态信息完备和不完备情况下的系统容量进行了估计。
2017-12-13 cs.IT math.IT
Capacity of the Two-Hop Relay Channel with Wireless Energy Transfer from Relay to Source and Energy Transmission Cost
在本文中，我们调查的通信系统包括一个能量收集（EH）的来源，收获射频（RF）能量从带外全双工中继节点，并利用这种能量通过中继节点传输数据到目的地节点。我们假设两种情况下的电池的EH源。在第一种情况下，我们假设EH源没有配备电池，因此不能存储能量。因此，在一个符号间隔期间收获的RF能量只能在随后的符号间隔中使用。在第二种情况下，我们假设EH源配备有具有无限存储容量的电池，其中它可以存储所收集的RF能量。因此，在一个符号间隔期间收集的RF能量可以用于以下符号间隔中的任何一个。对于这两个系统模型，我们推导出信道容量的中继平均功率约束和一个额外的能量传输成本在EH源。我们比较派生能力的几个基准计划的可实现的速率。我们的研究结果表明，使用最佳的输入分布在EH源和继电器是必不可少的高性能。此外，我们证明，忽略能源传输成本的来源可能会导致严重高估的可实现的性能。
2016-09-17 cs.IT math.IT
Multi-UAV Path Planning for Wireless Data Harvesting with Deep Reinforcement Learning
EURECOM（欧洲通信学院）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
从具有多个自主无人机（UAV）的分布式物联网（IoT）设备获取数据是一个具有挑战性的问题，需要灵活的路径规划方法。我们提出了一种多智能体强化学习（MARL）方法，与以前的工作相比，可以适应定义数据收集任务的场景参数的深刻变化，例如部署的无人机数量，物联网设备的数量，位置和数据量，或最大飞行时间，而不需要执行昂贵的重新计算或重新学习控制策略。我们制定了一个合作的，非通信的，同质的无人机团队的路径规划问题，其任务是最大限度地提高从分布式物联网传感器节点收集的数据受飞行时间和避免碰撞的限制。路径规划问题被转化为一个分散的部分可观测马尔可夫决策过程（Dec-POMDP），我们解决了通过深度强化学习（DRL）的方法，近似的最佳无人机控制策略，而无需在密集的城市环境中具有挑战性的无线信道特性的先验知识。通过利用被馈送到代理的卷积层的环境的集中的全局和局部地图表示的组合，我们表明，我们提出的网络架构使代理能够通过仔细地在它们之间划分数据汇集任务来有效地合作，适应大型复杂的环境和状态空间，并做出平衡数据汇集目标、飞行时间效率导航限制。最后，学习一个控制策略，概括了场景参数空间，使我们能够分析单个参数对收集性能的影响，并提供一些直观的系统级效益。
2021-06-03 cs.IT cs.LG cs.MA
Delay Reduction in Multi-Hop Device-to-Device Communication using Network Coding
本文考虑了使用基于即时可解码网络编码（IDNC）的设备到设备（D2 D）通信来减少无线网络的广播解码延迟的问题。在D2 D配置中，网络中的设备可以通过发送网络编码的分组来帮助加速恢复在其传输范围内的其他设备的丢失分组。与以前的作品，假设完全连接的网络，本文提出了一个部分连接的配置，其中的决定不仅要对数据包的组合，但也对一组发送设备。首先，识别在每个设备处发生的不同事件，以便导出解码延迟的概率分布的表达式。然后，制定了一组发送设备和每个设备的分组组合的联合优化问题。联合优化问题的最优解是使用图论的方法，通过引入合作图和重新制定的问题作为一个最大重量团的问题，其中每个顶点的重量是由顶点确定的设备的贡献。通过大量的仿真，比较了点到多点（PMP）配置、完全连接的D2 D（FC-D2 D）配置和更实际的部分连接的D2 D（PC-D2 D）配置中的所有设备所经历的解码延迟。数值结果表明，PC-D2 D优于FC-D2 D，并提供了可观的增益，特别是对于连接不良的网络。
2015-05-21 cs.IT math.IT
Relay Control for Full-Duplex Relaying with Wireless Information and Energy Transfer
本研究探讨双跳放大转发全双工中继系统的无线信息与能量传输。通过将能量效率（EE）最大化问题转化为传输功率的凹分式规划，分别设计了三种中继控制方案，实现能量收集和全双工信息中继.在Rician衰落模型下，给出了最大中继、信干噪比（SINR）中继和目标中继的中断概率和各态历经容量的解析表达式。证明了最大继电器的EE最大化问题对于时间开关因子是凹的，从而应用二分法得到最优值。通过结合瞬时信道信息，SINR中继与附带的时间切换因子实现了改进的EE在延迟限制和延迟容忍传输中的最大中继。在不需要第二跳的信道信息的情况下，目标中继确保了中断概率，遍历容量和EE的竞争性能。与直接源-目的地传输相比，数值结果表明，所提出的中继方案是有益的，在实现低速率延迟限制传输的可比EE。
2015-11-01 cs.IT math.IT
A Simple Cooperative Transmission Protocol for Energy-Efficient Broadcasting Over Multi-Hop Wireless Networks
本文分析了无线多跳传感器网络的广播技术，使用一种称为机会大阵列（OLAs）的合作分集形式。我们提出了一种自主调度的节点，它限制了中继节点，并节省了多达32%的传输能量相比，其他广播方法，而不需要全球定位系统（GPS），单个节点寻址，或节点间的互动。这种节能是跨层交互的结果，在这个意义上，媒体访问控制（MAC）和路由功能部分地在物理（PHY）层中执行。我们提出的方法被称为OLA与传输阈值（OLA-T），其中节点将其接收功率与阈值进行比较，以决定是否应该转发。我们还研究了OLA与可变阈值（OLA-VT），它优化了阈值作为电平的函数。OLA-T和OLA-VT与OLA广播相比，没有传输阈值，每个在其最小能量配置，使用正交和连续假设下的分析方法。OLA水平（或跳），以实现成功的网络广播和传输能量节省所需的数量之间的权衡进行了研究。基于分析假设的结果证实了Monte Carlo模拟。
2009-03-10 cs.IT cs.NI math.IT
