Hybrid Precoding-Based Millimeter-Wave Massive MIMO-NOMA with Simultaneous Wireless Information and Power Transfer
非正交多址接入（NOMA）最近被认为是毫米波（mmWave）大规模MIMO系统，以进一步提高频谱效率。此外，同时无线信息和功率传输（SWIPT）是最大化能量效率的有前途的解决方案。在本文中，我们首次研究了毫米波大规模MIMO-NOMA系统中SWIPT的集成。由于毫米波大规模MIMO将可能使用混合预编码（HP）来显著减少所需的射频（RF）链的数量而没有明显的性能损失，其中全数字预编码器被分解为高维模拟预编码器和低维数字预编码器，因此我们提出在基于HP的MIMO-NOMA系统中应用SWIPT，其中每个用户可以通过使用功率分离接收机从接收到的RF信号中提取信息和能量。该算法首先为每个波束选择一个用户，然后根据所选择的簇头为所有波束设计模拟预编码。然后，基于用户的等效信道的相关性来执行用户分组。然后，通过在每个波束中选择具有最强等效信道增益的用户来设计数字预编码。最后，通过联合优化mmWave大规模MIMO-NOMA的功率分配和SWIPT的功率分配因子，最大化可达和速率，并设计了一种迭代优化算法来解决非凸问题.仿真结果表明，与基于HP的MIMO-OMA相比，基于HP的MIMO-NOMA具有更高的频谱效率和能量效率。
2018-09-20 cs.IT math.IT
MIMO SWIPT Systems with Power Amplifier Nonlinearities and Memory Effects
在这封信中，我们研究的影响，非线性高功率放大器（HPA）的同时无线信息和功率传输（SWIPT），点对点多输入多输出通信系统。我们推导出率能（RE）区域，考虑到HPA的非线性和相关的记忆效应。我们发现，HPA显着降低了可实现的RE区域，和预失真技术的补偿。所提出的预失真方案的性能进行评估，在RE区域增强。数值结果表明，功率分裂和时间分裂的SWIPT架构获得约24%的改善。
2020-08-14 cs.IT eess.SP math.IT
Transmit Precoding and Receive Power Splitting for Harvested Power Maximization in MIMO SWIPT Systems
研究了多输入多输出（MIMO）同时无线信息和功率传输（SWIPT）系统中功率分配接收的功率最大化问题。与最近提出的设计不同，我们的优化问题的制定，我们的目标是联合最佳的发射预编码和接收均匀功率分配（UPS）比最大化收获的功率，同时确保服务质量的MIMO链路的要求得到满足。我们假设实际的射频（RF）能量收集（EH）接收操作，导致设计参数的非凸优化问题，我们首先制定一个等效的广义凸问题，然后我们最佳地解决。我们还推导出了理想接收的全局最优发射预编码设计。此外，我们提出了分析边界的关键变量的两个考虑的问题，以及紧密的高信噪比近似为他们的最佳解决方案。两个算法的有效计算的全局最优设计的概述。第一个需要解决少量的非线性方程，而第二个是基于具有线性复杂度的二维搜索。计算机模拟结果验证了所提出的分析，提供了各种系统参数的关键见解，并调查可实现的EH增益超过基准计划。
2018-05-02 cs.IT math.IT
MIMO Broadcasting for Simultaneous Wireless Information and Power Transfer: Weighted MMSE Approaches
我们考虑在MIMO广播网络中的同时无线信息和功率传输（SWIPT），其中一个能量收集（EH）用户和一个信息解码（ID）用户共享相同的时间和频率资源。与以往的基于信息速率的SWIPT系统相比，本文提出了加权最小均方误差（WMMSE）准则。首先，我们制定的WMMSE-SWIPT问题，最大限度地减少到达ID用户的消息信号的加权和MSE，同时满足对能量的要求，可以从EH用户的信号收获。然后，我们提出了最佳的预编码器结构的问题，并确定最好的可能MSE能量权衡区域，通过替代更新的线性预编码器在发射机与线性接收机在ID用户。从导出的解决方案，几个有趣的观察相比，传统的SWIPT设计。
2014-10-16 cs.IT math.IT
Optimal Precoder Designs for Sum-utility Maximization in SWIPT-enabled Multi-user MIMO Cognitive Radio Networks
在本文中，我们提出了一个广义的框架，结合认知无线电（CR）技术的频谱共享和同步无线信息和功率传输（SWIPT）的能量收集（EH）在传统的多用户MIMO（MuMIMO）信道，这导致了MuMIMO-CR-SWIPT网络。在这个系统中，我们有一个辅助基站（S-BS），支持多个辅助信息解码（S-ID）和辅助EH（S-EH）用户同时在影响主ID（P-ID）接收机的干扰功率应保持在一定的阈值以下的条件下。本文的目标是开发一种广义预编码器设计，其在S-BS处的发射功率约束、每个S-EH用户处的EH约束以及每个P-ID用户处的干扰功率约束下最大化和效用成本函数。因此，以前的研究CR和SWIPT系统被铸造作为特定的解决方案的建议框架。该问题本质上是非凸的，甚至加权最小均方误差（WMMSE）变换也不能解决原问题的非凸性。为了解决这个问题，我们找到了一个解决方案，从对偶优化通过次梯度椭球方法的基础上观察到的WMMSE变换提出的原始和对偶问题之间的零对偶差距。我们还提出了一个简化的算法的情况下，一个单一的S-ID用户，这是实现全局最优。最后，我们通过数值模拟结果证明了所提出的算法的最优性和效率。
2018-08-23 cs.IT math.IT
Mixed-Timescale Beamforming and Power Splitting for Massive MIMO Aided SWIPT IoT Network
传统的具有功率分割的同时无线信息和功率传输（SWIPT）假设完美的信道状态信息（CSI），这在大规模多输入多输出（MIMO）机制中尤其难以获得。在这封信中，我们考虑了一种混合时标联合波束成形和功率分割（MJBP）方案，以在大规模MIMO SWIPT物联网网络的下行链路中的功率约束下最大化一般效用函数。在该方案中，发射数字波束形成器适应于不完美的CSI，而接收功率分配器适应于长期的信道统计仅由于硬件限制和信令开销的考虑。所制定的优化问题求解使用混合时标在线随机逐次凸逼近（MO-SSCA）算法。仿真结果表明，显着的增益超过基线。
2019-08-20 cs.IT eess.SP math.IT
Secrecy Sum-Rate Maximization for Active IRS-Assisted MIMO-OFDM SWIPT System
本文研究有源IRS辅助的MIMO-OFDM SWIPT系统中的保密和速率最大化问题，提出基于BCD和迫零预编码的算法，证明有源IRS在低发射功率或直连链路受阻时能显著提升保密和速率。
2024-10-17 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Non-Orthogonal Multicast and Unicast Transmission of Cell-Free Massive MIMO Systems with SWIPT
研究了无小区大规模多输入多输出（MIMO）系统中基于分层复用（LDM）的非正交多播和单播传输的能量有效资源分配，其中每个用户设备（UE）同时执行无线信息和功率传输。首先，以封闭形式导出多播和单播服务的可实现数据率以及每个UE处的接收射频（RF）功率。基于分析结果，非光滑和非凸优化问题的能源效率（EE）最大化，这是一个具有挑战性的分数规划问题的复杂约束。为了适应大规模访问的设置，一阶算法的发展，以寻找初始可行点和近最优解。此外，设计了一种加速算法，以提高收敛速度。数值结果表明，所提出的一阶算法可以获得与二阶算法几乎相同的EE，但具有更低的计算复杂性，这为无小区大规模MIMO系统中的大规模接入提供了新的算法优势。
2020-07-20 cs.IT math.IT
Joint Antenna Selection and Spatial Switching for Energy Efficient MIMO SWIPT System
在本文中，我们研究联合天线选择和空间切换（SS）的服务质量（QoS）约束的能源效率（EE）优化的多输入多输出（MIMO）同时无线信息和功率传输（SWIPT）系统。因此，利用考虑到整个发射-接收链的实用线性功率模型。相应的分数组合和非凸EE问题，涉及联合优化的特征信道分配，功率分配，和主动接收天线集选择，满足最小和速率和功率传输约束，是非常难以直接解决的。为了解决这个问题，我们分离的特征信道分配和功率分配过程与天线选择功能。特别是，我们首先使用基于Dinkelbach的凸规划，迭代联合特征信道分配和功率分配，以及低复杂度的多目标优化（MOO）为基础的方法来解决固定接收天线集下的EE最大化问题。另一方面，活动接收天线的数量引起可实现的和速率和功率传输相对于发射无关功耗的权衡。我们提供了一个基本的研究，可实现的EE与天线选择，并相应地开发动态最佳穷举搜索和Frobenius范数为基础的计划。仿真结果验证了理论分析的正确性，并表明所提出的资源分配算法能够有效地逼近最优EE。
2016-11-01 cs.IT math.IT
AN-aided Secure Transmission in Multi-user MIMO SWIPT Systems
本文研究了一种用于多用户多输入多输出（MIMO）保密信道和人工噪声（AN）传输的能量收集方案。在目标保密率、总发射功率和收获能量约束下，对发射波束形成矩阵、AN协方差矩阵和功率分配比进行联合优化，以最小化发射功率。原问题被证明是非凸的，这是解决了两层分解的方法。内层问题通过半定松弛法求解，外层问题是一个单变量优化问题，可以通过一维线搜索求解。为了降低计算复杂性，提出了一种序列参数凸逼近（SPCA）方法来寻找近似最优解。此外，1-D搜索方法的松弛的紧密性进行了验证，通过显示放松的问题的最优解是秩1。仿真结果表明，所提出的SPCA方法取得了相同的性能，基于一维搜索方法的方案，但复杂度低得多。
2018-02-01 cs.IT math.IT
Phase-Shift and Transmit Power Optimization for RIS-Aided Massive MIMO SWIPT IoT Networks
本研究针对RIS辅助大规模MIMO SWIPT IoT网络，提出联合优化BS发射功率与RIS相移的资源分配算法，在满足IU服务质量下最大化IoT设备收集能量，仿真显示平均收集能量提升132%。
2024-07-17 cs.IT math.IT
Beamforming and Power Splitting Designs for AN-aided Secure Multi-user MIMO SWIPT Systems
本文研究了一种用于多用户多输入多输出（MIMO）保密信道和人工噪声（AN）传输的能量收集方案。在目标保密率、总发射功率和收获能量约束下，对发射波束形成矩阵、AN协方差矩阵和功率分配比进行联合优化，以最小化发射功率。原问题被证明是非凸的，这是解决了两层分解的方法。内层问题通过半定松弛法求解，而外层问题则是一个单变量优化问题，可以通过一维线搜索求解。为了降低计算复杂性，提出了一种序列参数凸逼近（SPCA）方法来寻找近似最优解。然后，工作扩展到不完美的信道状态信息的情况下，范数有界的信道误差。此外，所提出的计划的松弛的紧密性进行了验证，通过显示松弛问题的最优解是秩一。仿真结果表明，所提出的SPCA方法达到了相同的性能，基于1-D的方案，但具有更低的复杂度。
2017-03-14 cs.IT math.IT
Optimal Downlink Transmission for Cell Free SWIPT Massive MIMO Systems with Active Eavesdropping
本文研究了无小区大规模多输入多输出（MIMO）系统中的安全无线信息和功率同步传输（SWIPT）问题。该系统由大量的随机（泊松分布）定位的接入点（AP）服务于多个信息用户（IU）和信息不可信的双天线有源能量采集器（EH）。有源EH使用一个天线来合法地收获能量，而另一个天线来窃听信息。AP通过集中式无限回程进行联网，该回程允许AP经由中央处理单元（CPU）进行同步和协作。封闭形式的平均收获能量（AHE）和严格的下限遍历保密率（ESR）的表达式。所获得的ESR的下限考虑了通过下行链路有效预编码信道训练获得的IU的知识。由于发射功率约束是针对每个AP的，所以ESR在AP的发射功率元素方面是非线性的，并且这在制定用于下行链路传输的凸功率控制问题中提出了新的挑战。为了处理这些非线性，通过松弛半定规划（SDP），这是被证明是秩一全局最优的一种新的方法来平衡AP之间的发射功率。提出的无小区和共址大规模MIMO系统之间的公平比较表明，无小区MIMO优于共址MIMO在AHE约束较低的间隔，反之亦然。此外，无小区MIMO被发现是更免疫的主动窃听功率的增加比共址MIMO。
2019-04-23 cs.CR cs.IT math.IT
MIMO Pinching-Antenna-Aided SWIPT
提出PASS辅助MIMO SWIPT系统，联合优化pinching波束成形与PA位置，在满足EHR能量约束下最大化IDR和速率，并用WMMSE与Gauss-Seidel交替算法验证其性能优势。
2025-06-07 cs.IT eess.SP math.IT
MMSE Channel Estimation in Fading MIMO Gaussian Channels With Blockage: A Novel Lower Bound via Poincaré Inequality
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）；STMicroelectronics Srl（意法半导体）
针对贝叶斯克拉美罗界不适用于离散/混合分布信道的问题，提出基于庞加莱不等式的新型MMSE信道估计下界，应用于带阻塞的衰落MIMO AWGN信道并刻画其高SNR特性。
2024-10-30 cs.IT math.IT
Complex Rotation-based Linear Precoding for Physical Layer Multicasting and SWIPT
以提高频谱效率为目标，针对两种多输入多输出（MIMO）通信系统，即同步无线信息和功率传输（SWIPT）和物理层多播，提出了基于复数旋转的预编码和功率分配方案。虽然针对这些问题的最先进的解决方案使用非常不同的方法，但所提出的方法使用通用工具类似地对待它们，并且对于每个节点处的任何数量的天线都有效地工作。通过使用复旋转矩阵对预编码器进行建模，可以以类似的结构来公式化和求解上述系统的目标函数（传输速率）。因此，该方法简化了MIMO系统的信令设计，并且可以通过具有一组参数来优化来降低硬件复杂度。大量的数值结果表明，所提出的方法优于国家的最先进的解决方案，这两个问题。它提高了多播的传输速率，并在SWIPT情况下实现了更高的速率-能量区域。在这两种情况下，在用户具有一个或两个天线的实际重要设置中，改进是显著的（20%-30%）。此外，新的预编码器比现有的解决方案耗时更少。
2021-11-29 cs.IT math.IT
Cell-Free Massive MIMO SWIPT with Beyond Diagonal Reconfigurable Intelligent Surfaces
本文研究将非对角可重构智能表面（BD-RISs）集成到无蜂窝大规模MIMO（CF-mMIMO）系统以支持SWIPT，提出分析框架评估信息用户频谱效率和能量用户收集能量，启发式散射矩阵设计显著提升性能。
2025-08-20 cs.IT eess.SP math.IT
A Joint Power Splitting, Active and Passive Beamforming Optimization Framework for IRS Assisted MIMO SWIPT System
研究了一种基于智能反射面（IRS）辅助的多输入多输出（MIMO）功率分配（PS）的多PS接收机（PSR）同时无线信息和功率传输（SWIPT）系统。目标是通过联合优化PSR处的PS比、接入点（AP）处的有源发射波束成形（ATB）和IRS处的无源反射波束成形（PRB）来最大化系统的可实现数据率，而对AP处的最大发射功率、IRS处的每个元件的反射相移、每个PSR的个体最小收获能量要求、并且每个PSR的PS比域都满足。然而，对于这个未解决的问题，由于优化变量是错综复杂的耦合和约束是冲突的，制定的问题是非凸的，不能直接采用现有的方法来解决。为此，我们提出了一个联合优化框架来解决这个问题。特别地，我们利用拉格朗日对偶变换和分式规划变换将其转化为等价形式，并将转化后的问题分解为若干个子问题。然后，我们提出了一个交替优化算法，利用对偶次梯度法，逐次凸逼近法，和基于惩罚的优化-最小化方法，迭代求解子问题，并获得最优解的近封闭形式。数值仿真结果验证了IRS在SWIPT系统中的有效性，并表明所提出的算法提供了显着的性能增益。
2021-05-30 cs.IT eess.SP math.IT
Cell-free Massive MIMO and SWIPT: Access Point Operation Mode Selection and Power Control
本文提出无小区大规模MIMO与SWIPT系统中的AP操作模式选择与功率控制联合设计，在满足频谱效率和能量约束下最大化总收获能量，性能增益达76%和130%。
2023-10-12 cs.IT eess.SP math.IT
A Poincaré Lower Bound Approach for Performance Trade-offs in MIMO ISAC Systems with Blockage
针对MIMO ISAC系统，提出感知MSE的Poincaré下界，在含阻塞的衰落信道中建立速率-感知权衡的可达内界，并给出渐近最优感知策略。
2025-01-22 cs.IT math.IT
Network Massive MIMO Transmission Over Millimeter-Wave and Terahertz Bands: Mobility Enhancement and Blockage Mitigation
移动性和阻塞是毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频段上的无线传输中的两个关键挑战。在本文中，我们研究了移动性和阻塞的存在下，网络的大规模多输入多输出（MIMO）传输毫米波/太赫兹下行链路。考虑到毫米波/太赫兹波的传播特性，我们首先提出将每个波束同步应用于网络大规模多输入多输出，以减轻信道多普勒和延迟色散效应。因此，我们建立了一个传输模型。然后，我们研究网络大规模多输入多输出下行链路传输策略，只有统计信道状态信息（CSI）在基站（BS），制定的策略设计问题作为一个优化问题，以最大限度地提高网络总速率。我们表明，波束域是有利的执行传输，并证明BS可以单独工作时，发送信号到用户终端。基于这些见解，网络大规模多输入多输出预编码设计被简化为关于波束域功率分配的网络和速率最大化问题。利用序贯优化方法和随机矩阵理论，进一步提出了一种保证收敛性能的波束域功率分配迭代算法。数值结果表明，所提出的基于统计CSI的网络大规模多输入多输出传输方法可以有效地缓解阻塞效应，并在毫米波和太赫兹频段上提供移动性增强。
2020-05-06 cs.IT eess.SP math.IT
User Cooperation for IRS-aided Secure SWIPT MIMO Systems
在莱斯衰落信道中，当窃听者的角度方向与合法用户一致时，智能反射面（IRS）可以增强物理层的安全性。在这种情况下，我们考虑一个两阶段的通信系统下的主动攻击和被动窃听。特别地，在第一阶段中，基站避免直接发送给被攻击用户。在第二阶段，其他用户通过IRS和能量收集技术合作向被攻击用户转发信号。在主动攻击下，研究了统计级联信道误差模型下的中断约束波束形成设计问题，并利用伯恩斯坦型不等式求解。对于被动窃听，建立了平均保密率最大化问题，并给出了一个低复杂度的算法。数值结果表明，窃听者的信道误差的负面影响大于合法用户。
2021-06-28 cs.IT eess.SP math.IT
Cell-Free Massive MIMO-Assisted SWIPT Using Stacked Intelligent Metasurfaces
Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）
本文提出基于深度强化学习的CTDE框架，用于无源大规模MIMO辅助的SWIPT，通过优化SIM相移、AP模式选择和功率分配，提升能量和信息传输效率。
2026-02-24 cs.IT eess.SP math.IT
Two-way relay beamforming optimization for full-duplex SWIPT systems
在本文中，我们研究了双向中继波束赋形优化问题，以最大限度地提高可实现的和速率的同时无线信息和功率传输（SWIPT）系统与全双工（FD）多输入多输出（MIMO）放大和转发（AF）中继。特别是，我们解决的最佳联合设计的接收机功率分配（PS）比和波束成形矩阵在中继节点给定的信道状态信息（CSI）。我们的贡献是一个迭代算法的基础上的差异凸（DC）规划和一维搜索，以实现联合最优解。仿真结果证明了该算法的有效性。
2017-03-21 cs.IT math.IT
Energy Efficiency Optimization with Simultaneous Wireless Information and Power Transfer in MIMO Broadcast Channels
预计同时无线信息和功率传输（SWIPT）在第五代（5G）及以后的通信系统中具有巨大的应用。在本文中，我们解决的能量效率（EE）优化问题的SWIPT多输入多输出广播信道（MIMO-BC）的时间切换（TS）接收机设计。我们的目标是最大限度地提高系统的EE，同时满足最大发射功率和每个用户最小收获能量方面的某些约束。耦合的优化变量，即，传输协方差矩阵和TS比，导致EE问题，这是非凸的，因此很难直接解决。因此，我们将原来的多约束最大化问题转化为一个单一的约束和多个辅助变量的最小最大问题。我们提出了一个双重的内/外层资源分配框架来解决这个问题。对于内层，我们调用了一个扩展的基于SWIPT的BC-多址接入信道（MAC）的对偶方法，并提供了两个迭代资源分配计划下固定的辅助变量解决双重MAC问题。然后，提出了一种次梯度搜索方案的外层，以获得最佳的辅助变量。数值结果证实了所提出的算法的有效性，并表明，显着的性能增益方面的EE可以通过采用所提出的扩展的BC-MAC对偶为基础的算法。
2017-10-23 cs.IT math.IT
Cell-Free Massive MIMO-Assisted SWIPT for IoT Networks
本文针对物联网中无小区大规模MIMO辅助SWIPT系统，提出联合接入点模式选择与功率控制设计，通过SCA求解混合整数非凸优化问题，实现频谱效率和能量效率的显著提升。
2025-05-07 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Full-Duplex Two-Way Relaying for SWIPT
这封信研究双向安全信息交换的同时无线信息和电力传输（SWIPT）系统，使全双工（FD）多输入多输出（MIMO）放大转发（AF）继电器。AF中继器注入人工噪声（AN）以迷惑窃听者。具体来说，我们假设一个迫零（ZF）的解决方案的约束，以消除残留的自干扰（RSI）。因此，我们解决的ZF矩阵和AN协方差矩阵在中继节点以及在源的发射功率的最佳联合设计。我们提出了一个交替算法，利用半定规划（SDP）技术和一维搜索，以实现最优解。仿真结果证明了该算法的有效性。
2017-09-24 cs.IT math.IT
SWIPT in Cell-Free Massive MIMO Using Stacked Intelligent Metasurfaces
面向无蜂窝大规模MIMO的SWIPT，本文联合优化堆叠智能超表面相移与AP功率分配，提出逐层启发式和SCA算法，显著提升能量收集与最低频谱效率。
2025-03-18 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Simultaneous Information and Power Transfer for Downlink Multi-user Massive MIMO
研究了大规模多输入多输出（MIMO）下的信息功率同时传输（SWIPT）系统下行链路安全传输问题。具有大量天线的基站（BS）向其预期用户发送能量和信息信号，但是这些信号也被主动窃听者接收。用户和窃听者采用功率分配技术，同时解码信息和收获能量。大规模MIMO有助于BS将能量集中到用户，并防止信息泄漏给窃听者。由每个用户收集的能量被用于解码信息和发送用于信道估计的上行链路导频信号。假设主动窃听者也在下行链路中收获能量，然后在上行链路训练阶段期间做出贡献。以可扩展的保密率为性能指标，给出了其封闭形式的下界。为了提供安全的传输，可实现的保密率，然后最大化，通过一个优化问题的最小收获的能量由用户和最大收获的能量由窃听者的约束。数值结果表明，使用大规模MIMO在SWIPT系统中提供物理层安全的有效性，也表明我们的保密率的封闭形式的表达式是准确的。
2020-08-10 cs.IT math.IT
Cell-Free Massive MIMO SWIPT with Beyond Diagonal Reconfigurable Intelligent Surfaces
本文研究将超越对角可重构智能表面集成到无蜂窝大规模MIMO系统中以增强无线携能通信，通过联合优化接入点选择、功率控制和散射矩阵设计，实现了相比传统对角RIS最高七倍的能量收集增益。
2025-08-19 cs.IT eess.SP math.IT
Improved Rate-Energy Trade-off For SWIPT Using Chordal Distance Decomposition In Interference Alignment Networks
本文研究了K用户多输入多输出（MIMO）干扰信道（IC）的同步无线信息和功率传输（SWIPT）预编码方案，其中干扰对齐（IA）方案提供最优预编码器以实现全自由度（DoF）增益。然而，收集RF能量同时降低了可实现的DoF。为了研究收获的能量和总速率之间的权衡，收发器设计问题在文献中通过凸松弛来次优地制定，这仍然是计算密集型的，特别是对于在收获的能量上运行的电池有限的节点。在本文中，我们提出了一个系统的方法，使用弦距离（CD）分解，以获得平衡的预编码，这改善了权衡。分析表明，给定CD的非负值，所提出的预编码器实现的收获能量高于完美IA预编码器。此外，可以实现能量约束，同时通过调整CD值和分裂因子来保持恒定速率损耗而不丢失DoF。仿真结果验证了分析，并补充说，IA计划的基础上最大信干噪比或均方误差更适合于SWIPT最大化比子空间或泄漏最小化方法。
2021-10-18 cs.IT math.IT
Antenna Array Diagnosis for Millimeter-Wave MIMO Systems
毫米波（mmWave）MIMO系统中密集的天线经常被雨、雪、灰尘甚至手指遮挡，这会改变信道特性，降低系统性能。为了解决这个问题，我们提出了一个交叉熵启发的天线阵列诊断检测（CE-AAD）技术，利用相邻天线的相关性，当阻塞发生在发射机。然后，我们将提出的CE-AAD算法扩展到发射机和接收机同时发生阻塞的情况。仿真结果表明，该算法的性能优于传统算法。
2021-06-05 cs.IT eess.SP math.IT
A Novel Temperature-based Model for SWIPT
提出一种基于电磁信号热特性的SWIPT新模型，通过热相关性将信道转换为虚拟MIMO信道，实现信息解码与能量收集无缝集成，无需信号正交分割。
2024-03-26 cs.IT math.IT
Joint Optimization of Power and Data Transfer in Multiuser MIMO Systems
我们提出了一种方法来解决非凸优化问题时出现的多用户多输入多输出（MIMO）广播网络实现同时无线信息和功率传输（SWIPT）的发射协方差矩阵的设计。MIMO SWIPT问题被公式化为一般的多目标优化问题，其中数据率和收获功率同时被优化。采用两种不同的方法来重新制定（非凸）多目标问题。在第一种方法中，发射机可以控制要通过功率传输收集的特定功率量，而在第二种方法中，发射机只能控制要在不同收集用户之间收集的功率的比例。计算复杂性也将不同，在第一种方法中需要更高的计算资源。为了解决由此产生的配方，我们建议使用优化最小化（MM）的方法。这种方法背后的想法是获得一个凸函数，近似的非凸目标，然后，解决一系列的凸子问题，将收敛到一般的非凸多目标问题的局部最优解。从MM方法获得的解决方案相比，经典的块对角化（BD）的战略，通常用于解决非凸多用户MIMO网络，迫使用户之间没有干扰。仿真结果表明，该方法提高了BD方法的系统和速率和用户的功率收获。此外，所提出的方法的收敛所需的计算时间远低于经典的基于梯度的方法所需的。
2016-04-01 cs.IT math.IT
Energy Harvesting Enabled MIMO Relaying through Time Switching
这封信认为同时无线信息和功率传输（SWIPT）的多输入多输出（MIMO）中继系统。继电器通过经由时间切换（TS）从源收集能量来供电，并且利用所收集的能量来转发信息信号。我们的目标是在源节点和中继节点的功率约束下最大化系统的速率。在第一种情况下，其中的源协方差矩阵是一个单位矩阵，我们提出了联合最佳的解决方案，中继和TS比的封闭形式。然后提出了一种迭代方案，用于联合优化源和中继矩阵和TS比。
2017-04-10 cs.IT math.IT
Secrecy Wireless Information and Power Transfer: Challenges and Opportunities
无线信息和电力传输（WIPT）能够实现更可持续和更有弹性的通信，因为它避免了频繁的电池充电和更换。然而，由于无线信道的开放性质，它也遭受可能的信息拦截。与传统的安全通信相比，保密无线信息和功率传输（SWIPT）具有几个独特的特点。一方面，无线电力传输可能增加窃听的脆弱性，因为作为潜在窃听者的电力接收器通常具有比信息接收器更短的访问距离。另一方面，可以利用无线功率传输来增强无线安全性。本文回顾了各种SWIPT场景中的安全问题，重点揭示了实施SWIPT的相应挑战和机遇。此外，我们提供了一个调查的各种物理层安全技术，以提高保密性能。特别是，我们建议使用大规模多输入多输出（MIMO）技术，以提高功率传输效率和安全的信息传输的同时。最后，我们讨论了几个潜在的研究方向，以进一步提高SWIPT系统的安全性。
2015-12-22 cs.IT math.IT
Simultaneous Energy Harvesting and Information Transmission in a MIMO Full-Duplex System: A Machine Learning-Based Design
我们提出了一种基于多输入多输出（MIMO）的全双工（FD）方案，该方案使无线设备能够使用相同的时频资源同时传输信息和收获能量。在该方案中，对于MIMO点对点设置，能量发送设备同时从能量收集设备接收信息。此外，由FD操作模式引起的能量收集设备处的自干扰（SI）被用作要由设备收集的期望功率信号。为了在两个设备上实现友好的天线选择和MIMO预编码，我们提出了两种方法：（i）基于松弛的次优方法，以及（ii）基于混合深度强化学习（DRL）的方法，具体地说，深度确定性策略梯度（DDPG）-深度双Q网络（DDQN）方法。最后，我们研究了所提出的系统的性能下的两种实现方法，并将其与传统的基于时间切换的同时无线信息和功率传输（SWIPT）方法。研究结果表明，该系统给出了显着的改善频谱效率相比，基于时间切换的SWIPT。特别地，基于DRL的方法提供最高的频谱效率。此外，数值结果表明，对于所考虑的系统设置，每个设备中的天线数量应超过三个，以将自干扰减轻到可接受的水平。
2020-02-13 cs.IT eess.SP math.IT
Physics-Informed Neural Networks for MIMO Beam Map and Environment Reconstruction
School of Science and Engineering（科学与工程学院）；Shenzhen Future Network of Intelligence Institute (FNii-Shenzhen)（深圳未来网络智能研究院）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Future Networks of Intelligence（广东省未来网络智能重点实验室）
本文提出一种物理信息深度学习框架，利用RSS数据联合重建MIMO波束图与环境几何，通过定向虚拟障碍物模型捕获遮挡和反射，实现32%-48%的精度提升。
2025-10-24 cs.AI cs.IT cs.SY
Airy Beamforming for Radiative Near-Field MU-XL-MIMO: Overcoming Half-Space Blockage
Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室）；State Key Laboratory of Millimeter Waves, School of Information Science and Engineering, Southeast University（东南大学信息科学与工程学院毫米波国家重点实验室）；Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学电气与计算机工程系）；Purple Mountain Laboratories（紫金山实验室）；School of Electrical and Computer Science, Peking University（北京大学电子学与微电子学院）
本文提出利用Airy束自弯曲特性，通过优化波束成形轨迹和零点定向，实现半空间阻挡场景下的鲁棒多用户近场连接，提升频谱效率达35%。
2026-08-27 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter Wave MIMO Prototype: Measurements and Experimental Results
毫米波多输入多输出（mm-Wave MIMO）系统是5G无线标准化工作的候选方案之一。在这方面，本文的主要贡献有三个方面。1)我们描述了在室内办公室，购物中心和室外设置在相同的发射-接收位置对2.9，29和61 GHz的载波频率的测量并行设置。这些测量提供了对传播、阻塞和材料穿透损失的深入了解，以及系统设计中使毫米波系统在实践中可行所需的关键要素。2)这些元素之一是混合波束形成必要的更好的链路裕度，通过收获大天线尺寸的阵列增益。从类的完全灵活的混合波束形成器，我们描述了一个强大的类的定向波束形成器对毫米波系统的高数据速率的要求。3)利用这些设计的见解，我们然后描述了一个实验原型系统在28 GHz的实现高数据速率的下行链路和上行链路，并保持这些速率在室外和室内的移动场景。除了在无线电频率挑战下保持大信号星座大小之外，该原型还利用毫米波信道的定向性质来执行跨毫米波基站的无缝波束切换和切换，从而克服在毫米波频率下遇到的非视距链路和阻塞中的路径损耗。
2017-10-25 cs.IT math.IT
Collaborative Wireless Energy and Information Transfer in Interference Channel
研究了多用户无线通信系统中的无线信息与能量同步传输（SWIPT）问题，即分布式发射机向各自的接收机发送独立的信息，同时通过能量波束形成向接收机协同传输无线能量。因此，从无线信息传输（WIT）的角度来看，感兴趣的系统可以被建模为经典的干扰信道，同时它也可以被视为用于协作无线能量传输（WET）的分布式多输入多输出（MIMO）系统。为了在SWIPT中实现信息解码（ID）和能量收集（EH），我们在每个接收器处采用低复杂度时间切换操作以在预定时间内在ID和EH模式之间切换。基于这种混合模型，我们的目标是在不同的发送端协作方案下的多用户SWIPT系统中的可实现的速率-能量（R-E）的权衡。具体而言，为了促进协作能量波束成形，我们提出了一种新的信号分裂方案在发射机，其中每个发射信号通常是由一个信息信号分量和能量信号分量分别为WIT和WET。在此基础上，我们首先研究了两用户SWIPT系统，推导了接收端的最优模式切换规则和相应的发射信号优化，以实现衰落信道下各种R-E折衷。我们还比较了我们提出的方案的R-E性能与发射能量波束成形和信号分裂对两个现有的计划与部分或没有合作的发射机，并显示出显着的收益超过这些基线计划。最后，研究了多用户SWIPT系统的一般情况，提出并比较了两种实用的传输协作方案。
2014-08-29 cs.IT math.IT
Overhead-Free Blockage Detection and Precoding Through Physics-Based Graph Neural Networks: LIDAR Data Meets Ray Tracing
Imperial College London（帝国理工学院）；Silicon Austria Labs（奥地利硅实验室）
本文提出一种基于物理的图神经网络方法，利用LIDAR数据与射线追踪实现无通信开销的MIMO链路遮挡检测与预编码设计，遮挡检测准确率达95%，预编码性能优于现有方法。
2023-05-22 cs.IT cs.LG eess.SP
Spatial Domain Simultaneous Information and Power Transfer for MIMO Channels
在本文中，我们从理论上研究了一种新的技术，同时在多输入多输出（MIMO）点到点的无线电频率能量收集能力的信息和功率传输（SWIPT）。所提出的技术利用MIMO信道的空间分解，并使用本征信道来传递信息或传递能量。为了推广我们的研究，我们考虑了分解过程中的信道估计误差和本征信道之间的干扰。最小化的总发射功率的最大功率每特征信道，信息和能量约束的优化问题，制定为一个混合整数非线性规划和解决的最优性使用混合整数二阶锥规划。一个接近最优的混合整数线性规划的解决方案也开发了强大的计算性能。当没有每个特征信道的最大功率约束时，进一步提出了一个多项式复杂度算法的最优解的问题。此外，一个低多项式复杂度的算法开发的功率分配问题与给定的本征信道分配，以及一个低复杂度的启发式求解本征信道分配问题。
2015-04-09 cs.IT math.IT
Communicate or Sense? AP Mode Selection in mmWave Cell-Free Massive MIMO-ISAC
针对毫米波无蜂窝大规模MIMO-ISAC中AP模式选择问题，提出联合动态模式选择与功率分配方案，设计三种次优算法在满足感知和通信约束下最小化活跃AP数量，其中先按通信约束分配ISAC发射机再按感知约束分配感知接收机的方案实现最佳性能-复杂度平衡。
2024-12-03 cs.IT eess.SP math.IT
ISAC Meets SWIPT: Multi-functional Wireless Systems Integrating Sensing, Communication, and Powering
本文提出融合 ISAC 与 SWIPT 的多功能 MIMO 系统，针对点目标和扩展目标刻画 C-R-E 权衡区域的 Pareto 边界，并用凸优化求得最优发射协方差。
2023-08-16 cs.IT math.IT
A Comparison of MIMO Techniques in Downlink Millimeter Wave Cellular Networks with Hybrid Beamforming
在未来的毫米波（mmWave）蜂窝网络中将需要大型天线阵列，从而实现大量不同的可能天线架构和多输入多输出（MIMO）技术。仍然不清楚哪种MIMO技术作为不同网络参数的函数是最期望的。因此，本文比较了混合波束赋形使能的多用户（MU）MIMO和单用户空间复用（SM）与单用户模拟波束赋形（SU-BF）的覆盖范围和速率性能。针对MU-MIMO毫米波蜂窝网络，提出了一种用于覆盖和速率分析的随机几何模型，该模型考虑了混合模拟/数字预编码器和合并器的毫米波特定硬件约束，以及角域稀疏的阻塞相关信道模型。分析结果突出了多用户毫米波网络的覆盖范围，速率和功耗的权衡。在毫米波蜂窝网络中，由于发射机处的完美信道状态信息和轮询调度，MU-MIMO通常是比SM或SU-BF更好的选择。然而，这种观察忽略了由于信道获取或计算复杂性而引起的任何开销。考虑到这种开销的影响，我们的结果可以重新解释，以便量化MU-MIMO提供比SM或SU-BF更高速率的最小允许效率。
2016-03-02 cs.IT math.IT
Transmit Optimization for Multi-functional MIMO Systems Integrating Sensing, Communication, and Powering
本文结合集成传感和通信（ISAC）和同步无线信息和功率传输（SWIPT），通过研究一种新的多功能多输入多输出（MIMO）系统集成无线传感，通信和供电。在该系统中，一个多天线混合接入点（H-AP）发送无线信号以与一个多天线信息解码（ID）接收器通信，对一个多天线能量收集（EH）接收器进行无线充电，并且同时基于回波信号对点目标执行雷达感测。在这种设置下，我们的目标是揭示基本的性能权衡限制的传感，通信和供电，在估计克拉姆{é}r-Rao界（CRB），可实现的通信速率，和收获的能量水平，分别。为此，我们定义了可实现的CRB速率能量（C-R-E）区域，并通过最大化ID接收机处的可实现速率来表征其帕累托边界，该区域受到目标感测的估计CRB要求、EH接收机处的收获能量要求以及H-AP处的最大发射功率约束。我们获得半封闭形式的最优发射协方差解决方案制定的问题，通过应用先进的凸优化技术。数值结果表明，最佳的C-R-E区域边界实现我们所提出的设计，相比基准计划的时间切换。
2022-10-30 cs.IT math.IT
MIMO Broadcasting for Simultaneous Wireless Information and Power Transfer
无线电能传输是一种为无线网络提供方便、持久的能量供应的新技术。在实践中，WPT可以通过各种技术来实现，例如电感耦合、磁共振耦合和电磁（EM）辐射，分别用于短距离/中距离/长距离应用。在本文中，我们特别考虑EM或无线电信号使能的WPT。由于无线电信号可以同时携带能量和信息，因此对同时无线信息和功率传输（SWIPT）进行了统一的研究。具体来说，本文研究了一个多输入多输出（MIMO）无线广播系统，由三个节点，其中一个接收机收获能量和另一个接收机解码信息分别从一个共同的发射机发送的信号，和所有的发射机和接收机可以配备多个天线。研究了两种情况，其中信息接收器和能量接收器被分离并且从发射器看到不同的MIMO信道，或者位于同一地点并且从发射器看到相同的MIMO信道。对于分离的接收器的情况下，我们推导出最佳的传输策略，以实现不同的权衡最大的信息速率与能量传输，其特征在于由一个所谓的速率-能量（R-E）区域的边界。对于共址接收器的情况下，我们示出了可实现的R-E区域的外边界，这是由于实际能量收集接收器还不能直接解码信息的潜在限制。在此约束下，我们调查了两个实际的设计，共定位接收机的情况下，即时间切换和功率分配，并表征其可实现的R-E区域的外边界相比。
2013-02-15 cs.IT math.IT
Cell-Free Terahertz Massive MIMO: A Novel Paradigm Beyond Ultra-Massive MIMO
针对太赫兹通信传输距离受限的问题，本文提出无蜂窝大规模MIMO架构，通过选择最近接入点缩短距离而非仅依赖大量天线，仿真验证其在太赫兹频段的频谱与能量效率均优于超大规模MIMO。
2024-05-16 cs.IT eess.SP math.IT
Receiver Antenna Partitioning for Simultaneous Wireless Information and Power Transfer
使用微波\emph{power transfer}（PT）为移动设备供电，避免了通过电缆给电池充电的不便，并确保了移动设备的不间断运行。PT和\emph{information transfer}（IT）的集成允许通过构建现有的IT基础设施来实现无线PT，并且还导致紧凑的移动设计。因此，\emph{simultaneous wireless information and power transfer}（SWIPT）已成为一个活跃的研究课题，这也是本文的主题。在本文中，一个实际的SWIPT系统被认为是两个多天线站执行单独的PT和IT的多天线移动，以适应他们的范围的差异。移动设备动态地为PT或IT分配每个天线。天线划分导致MIMO IT信道容量和PT效率之间的折衷。在PT约束下最大化IT率的最优划分是一个NP-难整数规划问题，本文提出了通过保证性能的高效贪心算法求解该问题。为此，天线划分问题被证明是一个优化子模函数的拟阵约束。这种结构允许应用两个众所周知的贪心算法，产生的解决方案不小于最佳的一个缩放因子$(1-1/e)$和1/2，分别。
2014-10-06 cs.IT math.IT
A Distributed Machine Learning-Based Approach for IRS-Enhanced Cell-Free MIMO Networks
在无小区多输入多输出（MIMO）网络中，多个基站（BS）协作以实现高频谱效率。然而，在恶劣的传播环境中，由于大的阻塞而导致的高穿透损耗通常是严重降低通信性能的问题。考虑到智能反射面（IRS）能够以低成本的方式构建数字可控的反射链路，本文研究了一种IRS增强的下行链路无小区MIMO网络。我们的目标是最大化的总和速率的所有用户通过联合优化在BS和IRS的反射系数的发射波束成形。为了解决优化问题，我们提出了一个完全分布式的机器学习算法。与传统的迭代优化算法需要在中央处理单元（CPU）处进行中央处理以及BS与CPU之间的大量信道状态信息和信令交换不同，在所提出的算法中，每个BS可以局部地设计其波束成形向量。同时，IRS反射系数由BS之一确定。仿真结果表明，IRS的部署可以显著提高和用户速率，并且该算法能够以较低的计算复杂性获得较高的和用户速率。
2023-03-15 cs.IT eess.SP math.IT
RIS-Assisted XL-MIMO for Near-Field and Far-Field Communications
针对RIS辅助XL-MIMO近远场用户共存系统，本文推导SE表达式并提出VR选择、两阶段相移与功率控制算法，显著提升加权最小SE。
2025-09-27 cs.IT math.IT
Cooperative Beam Selection for RIS-Aided Terahertz MIMO Networks via Multi-Task Learning
针对RIS辅助太赫兹MIMO网络中模拟波束选择的组合优化难题，本文提出基于多任务学习的MTL-ABS框架，将码字选择建模为分类问题，结合残差网络与自注意力机制实现收发端和RIS的协作波束选择，显著降低开销并逼近最优和速率。
2024-08-31 cs.IT eess.SP math.IT
Downlink User Association and Uplink Scheduling for Energy Harvesting Users in Software-Defined Mobile Networks
在本文中，我们考虑一个异构网络，其中包括一个宏基站和一些微微基站利用大规模MIMO和MIMO技术，分别。采用中央软件定义移动网络（SDMN）控制器，以提供用户关联和能量调度。用户被认为是电池有限的，并且能够同时进行无线信息和功率传输（SWIPT），以便收获能量并解决能量短缺问题。这些用户从下行链路中的接收信号中获取能量，并通过其上行链路通信消耗能量。本文通过引入一个合适的效用函数，联合优化网络的总速率和所收获的能量来处理下行链路用户关联。在这方面，经由下行链路优化阶段计算每个用户的最优用户关联和功率分割因子。然后，将上行链路调度过程定义为在每个时间点选择最佳用户进行数据传输，并通过求解李雅普诺夫漂移加惩罚函数优化其发射功率。仿真结果提供，以确认所提出的算法相比，以前的用户关联和上行链路调度方法在用户之间提供公平性和电池管理方面的最优性。
2018-02-10 cs.IT math.IT
