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
SWIPT-enabled NOMA in Distributed Antenna System with Imperfect Channel State Information for Max-Sum-Rate and Max-Min Fairness
基于分布式天线系统（DAS）可以极大地提高非正交多址接入（NOMA）的数据率的事实，提出了一种分布式天线系统不仅可以提高NOMA的数据率，还可以提高NOMA的能量采集能力的框架。针对DAS系统中支持SWIPT的NOMA，考虑了总速率最大化问题和最大最小公平性问题，提出了两种不同的功率分配方案，分别针对具有不完全信道状态信息（CSI）的SWIPT和NOMA.数值结果验证了理论研究结果，并表明，所提出的框架中使用的SWIPT启用的NOMA DAS实现了更高的数据率比现有的SWIPT启用的NOMA，同时保证最小的收获能量。
2022-03-18 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Energy Efficiency: Power Allocation and Outage Analysis for SWIPT-in-DAS based IoT
在本文中，我们研究了基于分布式天线系统（DAS）的物联网网络中同时进行无线信息和功率传输（SWIPT）的安全能效（SEE）。我们考虑一个系统，其中合法用户（鲍勃）和窃听者（夏娃）有功率分配（PS）接收器，同时解码信息和收获能量从接收到的信号。当信道状态信息（CSI）是已知的在发送端，我们分析了能量收集窃听（EHE）的最大化系统的SEE的效果。其次，考虑到理想的CSI在实际中很难实现的事实，我们用SEE的中断概率来表征系统性能。对于给定的SWIPT在DAS设置，我们推导出封闭形式的表达式SEE的中断概率，并与数值结果的帮助下，我们研究了发射功率电平，分布式天线（DA）端口的数量和设备的PS比的影响。据我们所知，这是第一次尝试定义SWIPT-在DAS的SEE的中断概率。
2021-03-23 cs.IT eess.SP 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
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
Wireless Information and Power Transfer for IoT: Pulse Position Modulation, Integrated Receiver, and Experimental Validation
同时无线信息和电力传输（SWIPT）已成为一种可行的技术，可以为低功耗自主设备供电和连接，并实现未来的物联网（IoT）。SWIPT的一个主要挑战是这种低功率设备的接收器的能量消耗。一种有吸引力的低功率解决方案包括用于SWIPT接收器（IntRx）的集成信息解码器（ID）和能量采集器（EH）架构，其中接收到的RF信号在用于信息解码之前首先被整流。这种架构消除了对本地振荡器和混频器等耗能RF组件的需求。本文提出了一种新的调制和解调方法的IntRx SWIPT架构的脉冲位置调制（PPM）的基础上，信息被编码在脉冲的位置。该方法通过发射高幅度脉冲来提高发射信号的峰均功率比（PAPR），并利用EH的非线性特性来提高采集的直流功率。同时，通过简单地找到脉冲在特定符号持续时间中的位置，可以从整流器信号解码信息。我们已经分析了新提出的PPM的IntRx SWIPT的理论，数值和实验的信息和功率传输性能。为此，我们已经建立了一个SWIPT系统测试平台，在室内环境中的原型基站传输信息功率信号和IntRx SWIPT接收器，包括ID和EH块。在各种条件下对PPM进行了性能评估，并与常规信号进行了比较。理论，数值和实验结果突出了显着的好处，提出的PPM方案，以提高功率传输性能和操作信息解码低功耗。
2021-04-16 cs.IT math.IT
Secrecy Outage of SWIPT in the Presence of Cooperating Eavesdroppers
这项工作调查的保密性能的同时无线信息和功率传输系统，在合作窃听者的存在下工作。多天线接入点的传输被多天线节点用于信息解码，并被多个单天线节点用于能量收集（EH）。然而，授权用于EH的一些节点仅尝试通过利用广义开-关功率分配架构来窃听正在进行的信息传输。我们推导出一个封闭形式的表达所考虑的多输入多输出多EQUIPLE-DROPPER系统的秘密中断概率。理论和仿真结果验证了推导的结果。
2019-03-08 cs.IT 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
Energy Efficient Delay Sensitive Optimization in SWIPT-MIMO
在本文中，我们考虑联合天线选择和最佳波束赋形能量有效的延迟最小化。我们假设多输入多输出（MIMO）系统与全双工同时无线信息和功率传输（FD-SWIPT），其中每个传感器都配备了一个功率分配（PS）系统，可以同时接收能量和信息的聚合器（AGG）。我们表明，天线选择和波束形成功率控制策略是自适应的能量状态信息（ESI），队列状态信息（QSI）和信道状态信息（CSI）。基于无限时域部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP）理论，建立了一个能量有效的时滞最优控制问题的分析框架。将无限时域POMDP问题转化为等价的Bellman规划，在特定的标准条件下，采用基于近最优点的启发式搜索值迭代（PB-HSVI）方法求解.所提出的解决方案的结果是一组次优的天线选择和波束成形控制策略。仿真结果揭示了一个有效的权衡矛盾的目标（即延迟和功耗），并通过使用FD-SWIPT系统相比，半双工（HD）-SWIPT系统的延迟显示增强。
2018-05-24 cs.IT math.IT
Multi-Objective Beamforming for Energy-Efficient SWIPT Systems
本文研究了能量高效的无线信息与功率同步传输（SWIPT）系统的资源分配算法设计。所考虑的系统包括发射器、信息接收器和配备有多个天线的多个能量收集接收器。我们提出了一个多目标优化框架来研究信息传输的能量效率最大化和无线功率传输效率最大化之间的权衡。所提出的问题制定考虑到每个天线电路的功率消耗的发射机和不完善的信道状态信息的能量收集接收机。将所采用的非凸多目标优化问题转化为等价的秩约束半定规划（SDP），并利用SDP松弛法进行优化求解。数值结果揭示了一个有趣的权衡考虑冲突的系统设计目标，并揭示了多个发射天线的好处，提高系统的能源效率。
2015-09-20 cs.IT math.IT
Probabilistically Robust SWIPT for Secrecy MISOME Systems
本文考虑了多输入单输出（MISO）下行链路系统中的同时无线信息和功率传输（SWIPT），该系统由一个多天线发射机、一个单天线信息接收机（IR）、多个多天线窃听器（Eves）和多个单天线能量收集接收机（ER）组成。其主要目标是保持合法用户的可实现的保密率中断的概率，以及ER的收获能量中断所造成的信道状态信息（CSI）的不确定性低于一些规定的阈值。众所周知，保密率中断约束提出了一个重要的分析和计算挑战。消除能量收集（EH）中断约束只会加剧这一挑战。在本文中，我们解决这个具有挑战性的问题，使用凸约束的方法，然后证明产生秩一最佳波束形成的解决方案。数值结果表明了所提出格式的有效性。
2016-08-30 cs.IT math.IT
Tri-Hybrid SWIPT with Reconfigurable Parasitic Antennas
Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）
该研究提出采用可重构寄生天线的三混合SWIPT预编码架构，整合多端口网络与信息论，结合CD、SVD、PPZF优化，利用耦合效应提升SE与NLHE，性能优于混合预编码且硬件成本更低。
2026-10-12 cs.IT eess.SP math.IT
Dynamic Joint Scheduling of Anycast Transmission and Modulation in Hybrid Unicast-Multicast SWIPT-Based IoT Sensor Networks
针对基于SWIPT的物联网传感器网络中分离式接收机能耗高的问题，结合集成接收机架构，提出UMSM联合调度算法，在满足吞吐量与采能约束下实现更优的采能与吞吐量性能。
2023-07-17 cs.IT cs.NI cs.SY
Unified Simultaneous Wireless Information and Power Transfer for IoT: Signaling and Architecture with Deep Learning Adaptive Control
在本文中，我们提出了一个统一的SWIPT信号和它的架构设计，以利用单音和多音信令的优势，只调整一个统一的信号的功率分配比。为此，我们设计了一种新的统一和集成的接收机架构的建议统一的SWIPT信令，它消耗低功耗的包络检测。为了减轻接收端的计算复杂性，提出了一种自适应控制算法，发射端通过基于时间卷积网络（TCN）的非对称处理来调整通信模式。为此，发射机在短期尺度上优化调制指数和功率分配比，同时在长期尺度上更新模式切换阈值。我们证明了所提出的统一SWIPT系统在低功耗物联网设备的自供电条件下提高了可实现的速率。因此，可以预见，通过在发射机侧使用所提出的统一SWIPT和自适应控制算法，可以有效地部署低功耗物联网网络，该网络同时向设备无线提供信息和能量。
2021-06-26 cs.IT eess.SP math.IT
Spatially Robust Near-Field SWIPT Using Pinching Antennas: Rate-Energy Tradeoff Bounds
Ss. Cyril and Methodius University（圣西里尔和圣美多德大学）；Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）；Kyung Hee University（庆熙大学）
针对近场SWIPT中定位误差和移动性导致的性能波动，提出基于离散天线选择的服务区域覆盖优化框架，通过半定松弛和交换局部搜索算法实现鲁棒的速率-能量权衡。
2026-06-19 cs.IT math.IT
Multi-Objective Resource Allocation in Full-Duplex SWIPT Systems
在本文中，我们研究的资源分配算法设计全双工同时无线信息和功率传输（FD-SWIPT）系统。所考虑的系统包括FD无线电基站、多个单天线半双工（HD）用户和配备有多个天线的多个能量采集器。我们提出了一个多目标优化框架，研究上行链路发射功率最小化，下行链路发射功率最小化，总收获能量最大化之间的权衡。所考虑的优化框架考虑了上行链路和下行链路通信以及无线功率传输的异构服务质量要求。将非凸多目标优化问题转化为一个等价的秩约束半定规划问题，并利用半定规划松弛法进行优化求解。所提出的框架的解决方案的结果在一组帕累托最优的资源分配政策。数值结果揭示了一个有趣的权衡所考虑的冲突系统的设计目标，并揭示了提高功率效率促进FD在SWIPT系统相比，传统的HD系统。
2016-01-31 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
Rate-Splitting for Multi-User Multi-Antenna Wireless Information and Power Transfer
在多用户多天线同时无线信息和功率传输（SWIPT）网络中，发射机同时向信息接收机（IR）发送信息并向能量接收机（ER）发送能量。常规方法基于多用户线性预编码（MU-LP），其中每个IR通过将来自其它IR和ER的干扰完全视为噪声来直接解码预期流。本文研究了线性预编码的速率分割技术在多输入单输出（MISO）SWIPT广播信道（BC）中的应用。RS通过将IR的消息分成私有和公共部分，并将公共部分编码成由所有IR解码的公共流，动态地管理干扰。预编码器的设计，使得加权和速率（WSR）的IR是最大化下的总发射功率约束和能量约束的ER。数值结果表明，所提出的RS辅助策略提供了一个更好的MISO SWIPT BC的率能量折衷。在能量约束下，RS辅助策略在广泛的IR和ER部署中获得了比MU-LP和NOMA更好的IR WSR性能。因此，我们得出结论，RS是优越的下行链路SWIPT网络。
2019-07-03 cs.IT math.IT
Joint Beamforming and Position Optimization for IRS-Aided SWIPT with Movable Antennas
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Army Engineering University of PLA（中国人民解放军陆军工程大学）；Dalian University of Technology（大连理工大学）；National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University（东南大学国家移动通信重点实验室）
针对 SWIPT 中长距传播致能量传输效率低的问题，提出引入 IRS 和 MA 技术，通过联合优化基站和 IRS 的波束成形及 MA 位置来最大化 IDR 加权和速率，开发相关算法并给出可行性方法，仿真验证方案优势。
2026-07-23 cs.IT math.IT
Latency-Aware Multi-antenna SWIPT System with Battery-Constrained Receivers
在多用户多输入单输出广播场景中，考虑了基于功率分配（PS）的同时无线信息和功率传输（SWIPT）。具体而言，我们专注于联合配置发射波束成形向量和接收PS比，以最小化在用户特定的延迟和能量收集（EH）要求下的基站的总发射能量。通过将关于接收机的电池状态和EH波动的信息预先并入资源分配设计中，避免了电池耗尽现象。由此产生的时间平均和功率最小化问题是时间相关的，非凸的（包括相互耦合的延迟电池队列动态），并在一般棘手。我们使用李雅普诺夫优化框架，并推导出一个动态控制算法，将原问题转化为一系列确定性和独立的子问题，然后通过两种方法解决：i）半定松弛结合分式规划，ii）连续凸逼近。此外，我们设计了一个低复杂度的封闭形式的迭代算法，利用Karush-Kuhn-Tucker最优性条件的一个特定的情况下，延迟有界的无电池接收器。数值结果提供了见解的鲁棒性所提出的设计，以实现一个节能的SWIPT系统，同时确保在时间动态移动接入网络的延迟和EH的要求。
2022-10-22 cs.IT eess.SP math.IT
Security-Reliability Trade-Off Analysis for SWIPT- and AF-Based IoT Networks with Friendly Jammers
无线中继网络中的射频（RF）能量收集（EH）最近吸引了相当大的兴趣，特别是用于向物联网（IoT）系统中的中继节点供应能量以辅助源和目的地之间的信息交换。此外，物联网设备有限的硬件、计算资源和能源可用性带来了各种安全挑战。为此，已经提出物理层安全（PLS）作为用于提供信息安全的密码方法的有效替代。在这项研究中，我们提出了一个PLS的方法，同时无线信息和功率传输（SWIPT）为基础的半双工（HD）放大转发（AF）中继系统中存在的窃听。此外，我们考虑到静态功率分配中继（SPSR）和动态功率分配中继（DPSR），彻底调查每一个的好处。为了进一步提高安全通信，我们考虑多个友好的干扰器，以帮助防止窃听者的窃听攻击。更具体地说，我们提供了一个可靠性和安全性分析推导出封闭形式的表达式中断概率（OP）和拦截概率（IP），分别为SPSR和DPSR计划。最后，通过仿真验证了我们的分析和所提方案的有效性.具体而言，数值结果说明了所提出的系统的可靠性和安全性之间的非平凡的权衡。此外，我们从仿真结果中得出结论，所提出的DPSR方案优于SPSR方案的OP和IP的不同参数对系统性能的影响下。
2022-06-09 cs.IT eess.SP 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
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
Joint Transmit Beamforming and Receive Power Splitting for MISO SWIPT Systems
本文研究了一种多用户多输入单输出（MISO）下行链路同步无线信息和功率传输（SWIPT）系统，其中一组单天线移动台（MS）通过功率分配（PS）从多天线基站（BS）发送的信号中同时接收信息和能量。我们的目标是最小化在BS的总传输功率，通过联合设计发送波束成形矢量和接收PS比为所有MS在其给定的信号干扰加噪声比（SINR）的信息解码和收获的能量收获的功率约束下。首先，我们推导出我们所提出的问题的可行性的充分必要条件。接下来，我们解决这个非凸问题，通过应用半定松弛（SDR）的技术。我们证明了SDR确实是紧的，从而达到其全球最优。最后，我们提出了两个次优解决方案的复杂度低于最优解决方案的基础上分离的原则，发送波束成形和接收PS的优化，其中迫零（ZF）和SINR最优的发送波束成形方案，分别适用。
2013-12-29 cs.IT math.IT
Resonant Tunneling Diode-Based THz SWIPT for Microscopic 6G IoT Devices
针对微型6G物联网太赫兹SWIPT，提出基于RTD的非线性能量收集模型与ASK收发方案，并通过互信息优化揭示信息速率和收集功率的折中关系。
2023-08-15 cs.IT eess.SP math.IT
Joint MOO of Transmit Precoding and Receiver Design in a Downlink Time Switching MISO SWIPT System
在本文中，我们考虑一个时间切换（TS）共址的同时无线信息和功率传输（SWIPT）系统由多个多天线接入点，服务于多个单天线用户。在这种情况下，我们提出了一个多目标优化（MOO）的框架，共同设计帕累托最优波束成形向量和TS比为每个接收机。目标是最大化效用向量，包括实现的数据率和所有用户同时收获的能量。该问题是一个非凸秩约束的多目标优化问题，通过加权Chebycheff方法将其松弛转化为一个非凸半定规划问题。利用优化极小化算法求解非凸SDP，并证明了最优解满足秩约束。我们还研究了在固定TS比的情况下，用同样的方法优化波束形成向量的问题。数值结果提供了两个协调的接入点与MISO配置。结果示出了所收获的能量和信息数据率目标之间的权衡，并且示出了优化预编码策略和TS比对该权衡的影响。
2016-10-26 cs.IT math.IT
Fronthaul-Aware Group Sparse Precoding and Signal Splitting in SWIPT C-RAN
研究了同时无线信息和功率传输（SWIPT）云无线接入网络\mbox{(C-RANs)}中的预编码、远程射频头端（RRH）选择和信号分裂。目标是最小化SWIPT C-RAN的功耗。与现有文献不同的是，我们考虑了非线性前传功率消耗和多天线RRH。通过关闭不必要的RRH，预编码系数的组稀疏性被引入，这指示预编码过程和RRH选择是耦合的。为了克服这些问题，提出了一种基于优化-最小化框架的分组稀疏预编码和信号分裂算法，并建立了算法的收敛性。数值结果被用来验证我们提出的研究。
2017-11-15 cs.IT math.IT
Jointly Optimal Spatial Channel Assignment and Power Allocation for MIMO SWIPT Systems
研究了多输入多输出（MIMO）系统中同时进行无线信息和功率传输（SWIPT）时空间信道分配和功率分配的联合设计问题。假设在两个通信端的信道状态信息的可用性，我们最大限度地提高收获的能量在多天线接收机，同时满足最小的信息速率要求的MIMO链路。我们首先推导出全局最优的本征信道分配和功率分配设计，然后提出了一个实际动机的最优设计参数的紧密封闭形式的近似。选定的数值结果验证了最优解的有效性，并提供了有用的见解所提出的设计以及帕累托最优的速率能量权衡。
2017-10-24 cs.IT math.IT
Secrecy Limits of Energy Harvesting IoT Networks under Channel Imperfections
同时无线信息和功率传输（SWIPT）最近已经从学术界和工业界聚集了许多研究兴趣，作为能量收集物联网（IoT）网络的关键使能器。由于这种网络的使用情况越来越多，从物理层安全（PLS）的角度研究其性能限制是很重要的。有了这个意图，这项工作的目的是提供一个新的分析遍历保密能力的SWIPT系统提供Rician和Nakagami-m衰落通信链路。为了对系统进行现实评估，已经考虑了基于SWIPT的IoT系统的不同接收器设计的信道估计的缺陷。随后，所考虑的情况下，遍历保密能力的封闭形式的表达式提供，然后，通过广泛的模拟验证。结果表明，错误的上限出现由于不完美的信道估计在高值的信噪比（SNR）。更重要的是，在不同的信道条件下的保密容量停止增加超过一定的限制，尽管增加的主链路的SNR。对信道能量与信道质量的权衡进行了深入的分析，并对理想和不理想的信道估计进行了比较。作为物联网网络不断发展的一部分，这项工作中提供的结果可以帮助确定物联网网络在存在多个窃听者的情况下的保密限制。
2020-08-04 cs.IT eess.SP math.IT
Simultaneous Wireless Information and Power Transfer for Decode-and-Forward Multi-Hop Relay Systems in Energy-Constrained IoT Networks
本文研究了一种多跳解码转发（DF）的同时无线信息和功率传输（SWIPT）系统，其中源端通过不依赖于外部能量源的多跳中继向目的端发送数据。为此，我们应用基于功率分配（PS）的SWIPT中继协议，使中继可以从上一跳接收到的信号中收获能量，以可靠地将源的信息转发到目的地。我们的目标是解决与我们的系统模型相关的两个优化问题。首先，我们通过优化中继站的PS比，在中继站和目的地节点的个人服务质量（QoS）阈值约束下，最小化源处的发射功率。第二种是通过优化每个中继的PS比来最大化最小系统可实现速率。基于凸优化技术，得到了这两个问题的全局最优PS比解的封闭形式。通过设置的QoS阈值约束相同的每个节点的源发射功率的问题，我们发现，无论是最小源发射功率或最大的系统吞吐量可以使用相同的方法。数值结果表明，所提出的最优SWIPT PS设计优于传统的固定PS比计划。
2019-08-27 cs.IT math.IT
Weighted Sum Transmit Power Minimization for Full-Duplex System with SWIPT and Self-Energy Recycling
该对应关系考虑由一个多天线全双工接入点（FD-AP）和一个双天线全双工移动站（FD-MS）组成的全双工（FD）点对点系统。本文采用同步无线信息和功率传输（SWIPT）方案，在FD-MS处应用自能量回收，联合设计FD-AP的发射波束形成向量、FD-MS的接收功率分配（PS）比以及FD-MS的发射功率值，以最小化加权和发射功率。应用半定松弛（SDR）方法得到了一个新的凸问题.我们进一步证明了这两个问题有完全相同的解。最后，仿真结果验证了我们的分析，并与半双工（HD）系统的比较表明，显着的性能增益自能量回收。
2016-06-30 cs.IT cs.NI math.IT
Resource Allocation in SWIPT Networks under a Non-Linear Energy Harvesting Model: Power Efficiency, User Fairness, and Channel Non-Reciprocity
研究了一种多用户同时无线信息和功率传输（SWIPT）系统，该系统采用非线性能量收集模型，多天线基站（BS）通过上行导频估计下行信道状态信息（CSI）。每个单天线用户都配备了一个功率分配器。该系统的资源管理的三个关键问题包括：（i）功率效率的提高，（ii）用户公平性的保证，和（iii）非理想信道互易效应的缓解。潜在的，资源分配计划，以共同解决这些问题，可以设计通过使用多目标优化的框架。然而，由此产生的问题可能很难解决，因为这三个问题具有不同的特点。因此，我们提出了一种新的方法来设计的资源分配计划。特别是，我们的方法的原理依赖于数学结构化的问题成一个跨层的多级优化问题。在此基础上，我们设计了求解算法和封闭解。此外，即时适应CSI在实践中的变化，同时减少计算负担，我们提出了一个封闭形式的次优解决方案来解决这个问题。最后，我们提供了数值结果，以显示可实现的性能增益使用最佳和次优的解决方案，然后验证所提出的资源分配计划。
2018-06-20 cs.IT math.IT
Decentralized Robust Transceiver Designs for MISO SWIPT Interference Channel
本文考虑了一种用于同时无线信息和功率传输（SWIPT）的$K$ -用户多输入单输出（MISO）干扰信道，其中每个多天线发射机为每个用户对的单天线接收机服务。所有接收器基于接收功率分割（PS）架构同时执行信息处理和能量收集（EH）。假设不完美的信道状态信息（CSI）在发射机，我们开发了一个最佳的鲁棒收发器的设计方案，最大限度地减少了最坏情况下的信号与干扰加噪声比（SINR）和能量收集（EH）的限制下，在接收机的总发射功率，通过联合优化发射波束成形和接收PS比每个接收机。当CSI的不确定性是有界的椭球区域，它表明，最坏情况下的SINR和EH约束每个接收机可以重铸成二次矩阵不等式形式。利用半定松弛技术，预期的鲁棒波束形成和PS（BFPS）问题可以被松弛为易处理的（集中式）半定规划（SDP）。更重要的是，依靠最先进的交替方向乘法器（ADMM）在凸优化，我们提出了一个{ \em分散}算法能够计算最佳的鲁棒BFPS计划与本地CSI和有限的信息交换之间的发射机。结果表明，所提出的分散算法是保证收敛到最优的集中式解决方案。数值结果证明了所提出的方法的优点。
2017-10-30 cs.IT math.IT
Rate-Energy Balanced Precoding Design for SWIPT based Two-Way Relay Systems
同时无线信息和功率传输（SWIPT）技术是一种流行的策略，以传达信息和RF能量，以在接收器处收获。在这方面，我们考虑了一个双向中继系统，多个用户和多天线中继采用SWIPT策略，分裂的接收信号导致的速率-能量的权衡。在文献中，收发器设计的工作已经研究了使用计算密集型和次优凸松弛为基础的计划。在本文中，我们研究的平衡预编码器的设计，使用弦距离（CD）分解，这将导致更低的复杂度，是灵活的动态能量需求。分析表明，给定CD的非负值，所提出的平衡预编码器所获得的能量高于完美干扰对齐（IA）预编码器所获得的能量。相应的损失和率也通过一个上限进行了分析。仿真结果表明，基于均方误差的IA方案比基于子空间分解的方法更适合于SWIPT最大化。
2021-06-06 cs.IT math.IT
IRS-Aided SWIPT: Joint Waveform, Active and Passive Beamforming Design Under Nonlinear Harvester Model
同时无线信息和功率传输（SWIPT）的性能主要受到接收的射频（RF）信号强度的约束。为了解决这个问题，我们引入了智能反射表面（IRS）来补偿传播损耗，提高传输效率。本文提出了一种新的IRS辅助SWIPT系统中，多载波多天线接入点（AP）发送信息和功率同时，与IRS的协助下，一个单天线用户设备（UE）采用实际的接收方案。考虑到采集器的非线性，我们通过联合优化的波形，有源和无源波束形成的基础上的信道状态信息在发送端（CSIT）的可实现的速率-能量（R-E）区域的特征。这个问题是解决了块坐标下降（BCD）的方法，其中我们得到的主动预编码器在封闭的形式，被动波束形成的连续凸逼近（SCA）的方法，和波形幅度的几何规划（GP）技术。为了便于实际实现，我们还提出了一个低复杂度的设计基于封闭形式的自适应波形计划。仿真结果表明，所提算法能带来可观的R-E增益，且对CSIT误差和有限IRS状态具有鲁棒性，同时强调了在IRS辅助SWIPT设计中对采集器非线性建模的重要性。
2021-12-03 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
Chaotic Waveform-based Signal Design for Noncoherent SWIPT Receivers
针对非相干 SWIPT 多天线接收机，提出基于 DCSK 的混沌波形设计，在 Nakagami-m 衰落与非线性能量收集下分析 BER 和收集 DC，并揭示信息与能量传输的折中。
2024-04-03 cs.IT eess.SP math.IT
Network Topology Modulation for Energy and Data Transmission in Internet of Magneto-Inductive Things
连接大量异构设备的物联网（IoT）架构需要节能、低硬件复杂度、低成本、简单且安全的机制来实现设备之间的通信。其中一种新兴的方案是在能量收集网络中实现同时无线信息和功率传输（SWIPT）。射频（RF）解决方案需要特殊的硬件和调制方法，用于RF到直流（DC）转换和优化操作，以实现SWIPT，目前还处于不成熟的阶段。另一方面，磁感应（MI）通信收发器本质上是能量收集，具有以有效方式进行SWIPT的潜力。在这篇文章中，新的调制和解调机制，提出了一个组合的框架与多址信道（MAC）通信和无线电力传输。改变由线圈网格组成的收发器中的功率发射有源线圈的网络拓扑，作为传输信息的新方法。实用的解调方案制定和数值模拟的两个用户MAC拓扑结构的小尺寸线圈。该收发器适用于附着在日常物品上，以实现数十米通信范围的可靠局域网（LAN）通信性能。所设计的方案对于未来需要SWIPT的物联网应用具有节能、低成本、低功耗和低硬件复杂度的解决方案。
2017-01-26 cs.IT math.IT
Secure SWIPT Networks Based on a Non-linear Energy Harvesting Model
我们优化了资源分配，以实现物联网（IoT）网络的同时无线信息和功率传输（SWIPT）中的通信安全。资源分配算法设计被公式化为非凸优化问题。我们的目标是最大限度地提高总收获功率在能量收集（EH）接收器通过联合优化的发射波束成形向量和注入的人工噪声的协方差矩阵，以促进保密供应。建议的问题制定考虑到能量收集电路的非线性和安全通信的服务质量要求。为了获得全局最优解的资源分配问题，我们首先将所得到的非凸的比率之和的目标函数转换成一个等价的目标函数在参数减法的形式，这有利于设计一个新的迭代资源分配算法。在每一步迭代中，采用半定规划（SDP）松弛方法对秩约束优化问题进行最优求解。数值结果表明，该算法可以保证通信安全性，并提供了一个显着的性能增益方面收获的能量相比，现有的设计是基于传统的线性EH模型。
2017-01-26 cs.IT math.IT
Polarforming-Enabled Power-Splitting SWIPT: A GNN-Based Optimization Approach
Sharif University of Technology（谢里夫理工大学）；Amirkabir University of Technology（阿米尔卡比尔理工大学）；Pasargad Institute for Advanced Innovative Solutions (PIAIS)（帕斯卡德先进创新解决方案研究所）；Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust (SnT), University of Luxembourg（卢森堡大学跨学科安全、可靠性和信任中心）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Cyprus（塞浦路斯大学电气与计算机工程系）
本文提出利用动态极化控制作为额外自由度，结合图神经网络优化SWIPT系统中的波束成形、极化和功率分割，显著提升不完美CSI下的性能。
2026-09-15 cs.IT 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
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
Energy Efficient Design of Active STAR-RIS-Aided SWIPT Systems
本文研究active STAR-RIS辅助的SWIPT系统能效最大化问题，提出结合凸优化与强化学习的交替优化方案，联合优化波束成形与STAR-RIS参数，使系统平均性能比被动系统提升57%。
2024-03-23 cs.IT eess.SP math.IT
Resource Allocation in STAR-RIS-Aided SWIPT with RSMA via Meta-Learning
本文研究STAR-RIS辅助SWIPT与RSMA系统中的资源分配问题，提出基于Meta-DDPG的优化方法，以平衡用户总速率与总收集能量，并通过仿真验证其优于传统DDPG。
2024-05-06 cs.IT eess.SP math.IT
Analog Spatial Cancellation for Tackling the Near-Far Problem in Wirelessly Powered Communications (Extended Version)
在无线通信系统中实现无线功率传输开辟了一个新的研究领域，称为无线供电通信（WPC）。在部署了超密集小小区基站的下一代异构网络中，在短距离上进行无线信息和功率传输（SWIPT）是可行的。设计WPC系统的一个挑战是严重的远近问题，其中用户试图在存在极强SWIPT信号的情况下解码信息传输（IT）信号。联合量化混合信号导致IT信号完全被量化噪声破坏，因此必须在模拟域中抑制SWIPT信号。这激发了本文中的多天线WPC系统中的模拟空间消除的框架的设计。在该框架中，由简单的移相器和加法器组成的模拟电路适于通过将SWIPT信号与具有单位模元素和满秩的消除矩阵相乘来消除SWIPT信号，其中满秩保持IT信道的空间复用增益。单位模量约束使得传统的迫零方法不适用。因此，本文提出了一种新的系统的方法来构造抵消矩阵。对于单SWIPT-解调器的情况下，得到的矩阵作为截断傅立叶/Hadamard矩阵后，通过SWIPT信道的传播相移补偿。对于更具挑战性的多个SWIPT解调器的情况，提出了将消除矩阵的每一行构造为分量向量的克罗内克积，其中每个分量向量被设计为与前述情况类似地使来自对应SWIPT解调器的信号归零。
2016-08-09 cs.IT math.IT
STAR-RIS Aided MISO SWIPT-NOMA System with Energy Buffer: Performance Analysis and Optimization
提出一种STAR-RIS与能量缓冲辅助的MISO SWIPT-NOMA系统，推导中断概率与吞吐量闭式表达式，并设计PSO-PA算法优化上行吞吐量，性能优于多种对比方案。
2024-07-17 cs.IT eess.SP math.IT
Simultaneous Wireless Information and Power Transfer in Modern Communication Systems
用于无线通信网络的能量收集是允许终端从周围环境中的外部能量源对其电池再充电的新范例。一种有前途的能量收集技术是无线电力传输，其中终端从电磁辐射中收集能量。因此，可以从周围电磁源或从出于能量收集目的而有意地发射电磁能量的源机会性地收集能量。当源执行同时无线信息和功率传输（SWIPT）时，出现特别有趣和具有挑战性的场景，因为强信号不仅增加功率传输，而且还增加干扰。本文概述了SWIPT系统，特别侧重于整流天线电路的硬件实现和实用技术，实现SWIPT在时域，功率，天线和空间。本文还讨论了SWIPT技术在现代通信网络的资源分配和协作认知无线电网络的背景下的潜在整合的好处。
2014-08-31 cs.IT math.IT
Optimal Beamforming and Time Allocation for Partially Wireless Powered Sensor Networks with Downlink SWIPT
无线供电传感器网络（WPSNs）已经成为未来自我可持续的物联网（IoT）网络的关键发展。为了在自维持性和可靠性之间实现良好的平衡，具有混合功率解决方案的部分WPSN在实际应用中是可取的。具体来说，大多数传感器节点是无线供电的，但关键的传感器节点采用传统的有线/电池供电的可靠性。因此，本文主要研究了下行链路采用同步无线信息和功率传输（SWIPT）的部分WPSNs的优化设计。两种情况下，空分多址（SDMA）和时分多址（TDMA）在上行链路被认为是。对于支持TDMA和TDMA的部分WPSN，研究了下行链路波束成形、上行链路波束成形和时间分配的联合设计，以最大化上行链路和速率，同时保证服务质量（即，满足下行链路速率约束）。在分析了上行链路和速率最大化问题的可行性和下行链路速率约束的影响后，给出了支持SDMA和支持TDMA的WPSNs的半封闭形式的最优解，并保证了全局最优性。复杂性分析也提供了证明所提出的解决方案在低复杂性的优势。最后通过仿真验证了所提最优解的有效性和最优性。
2018-06-26 cs.IT math.IT
Weighted Sum Power Maximization for Intelligent Reflecting Surface Aided SWIPT
远场无线功率传输（WPT）的低效率限制了同时无线信息和功率传输（SWIPT）系统的基本速率-能量（R-E）性能折衷。为了应对这一挑战，我们在这封信中提出了一个新的SWIPT系统的新兴智能反射表面（IRS）技术的帮助。通过利用能够以可调相移反射信号的大规模低成本无源元件，IRS实现了高无源波束成形增益，这对于大幅提高WPT效率以及SWIPT系统的R-E权衡具有吸引力。我们考虑部署IRS以协助多天线接入点（AP）为多个信息解码接收器（IDR）和能量收集接收器（EHR）提供服务。我们的目标是最大限度地提高EHR接收的加权和功率，通过联合优化在AP的发射预编码器和反映在IRS的相移，受个别信号干扰噪声比（SINR）的IDR约束。由于这个问题是非凸的，我们提出了有效的算法，以获得次优solutions for it.特别是，我们证明了它是足够的，只发送信息信号在AP服务IDR和EHR无论其信道实现。此外，仿真结果表明，我们提出的设计基准计划取得了显着的性能增益。
2020-01-02 cs.IT math.IT
Joint Beamforming and Power Splitting Control in Downlink Cooperative SWIPT NOMA Systems
研究了无线信息功率同步传输（SWIPT）在协作非正交多址接入（NOMA）中的应用。提出了一种新的协作多输入单输出（MISO）SWIPT NOMA协议，其中具有强信道条件的用户充当能量收集（EH）中继，以帮助信道条件较差的用户。EH继电器采用功率分流（PS）方案。通过联合优化PS比和波束成形向量，设计目标是在满足“弱用户”的QoS要求的同时最大化“强用户”的数据率。它归结为一个具有挑战性的非凸问题。为了解决这个问题，半定松弛（SDR）技术被用来放松与波束形成器相关的二次项，然后通过二维穷举搜索来求解其全局最优性。我们证明了秩一的最优性，建立放松的问题和原来的等价。为了进一步降低穷举搜索带来的高复杂度，提出了一种基于连续凸近似（SCA）的迭代算法，该算法至少可以有效地达到其稳定点。考虑到潜在的应用场景，例如，物联网，单输入单输出（SISO）的情况下，合作SWIPT NOMA系统也进行了研究。公式化的问题被证明是严格单峰的PS比。因此，黄金分割搜索（GSS）为基础的算法，在每一步的封闭形式的解决方案，提出了找到唯一的全局最优解。值得指出的是，SCA方法也可以收敛到SISO情况下的最优解。在数值模拟中，该算法的数值收敛在几个迭代，和SWIPT辅助NOMA协议优于现有的传输协议。
2017-06-09 cs.IT math.IT
Optimal Design of SWIPT-Aware Fog Computing Networks
本文研究了一种同时无线信息和能量传输（SWIPT）感知的雾计算网络，其中多天线雾功能集成混合接入点（F-HAP）将信息和能量传输到多个异构的单天线传感器，并帮助其中一些传感器完成计算任务。通过联合优化F-HAP处的能量和信息波束成形设计、带宽分配和计算卸载分布，制定优化问题以在通信和计算要求以及能量收集约束下最小化所需能量。两个最优设计，即，固定卸载时间（FOT）和优化卸载时间（OOT）的设计。由于这两种设计都涉及解决非凸问题，因此没有已知的解决方案。因此，对于FOT设计，采用半定松弛法（SDR）进行求解，从理论上证明了秩1约束总是满足的，从而保证了全局最优解。对于OOT设计，由于其非凸性是很难处理的，提出了一种基于惩罚对偶分解（PDD）的算法，它能够获得次优解。分析了两种设计的计算复杂性。数值结果表明，部分卸载模式优于二元基准模式。当系统计算能力足够强时，采用OOT设计可以降低系统能耗;当系统计算能力不足时，采用FOT设计可以降低系统计算复杂度。
2019-01-25 cs.CY cs.IT math.IT
Beamforming Optimization for Active Intelligent Reflecting Surface-Aided SWIPT
在本文中，我们研究了一个主动的IRS辅助的同时无线信息和功率传输（SWIPT）系统。具体地，部署有源IRS以辅助多天线接入点（AP）同时向多个单天线信息用户（IU）和能量用户（EU）传送信息和能量。针对不同的实际目标，研究了两个联合发射和反射波束形成优化问题。第一个问题最大化的加权和功率收获的EU服从个人信号干扰噪声比（SINR）的约束在IU，而第二个问题最大化的加权和率的IU服从个人能量收获（EH）的约束在EU。优化问题是非凸的，难以最优求解。为了解决这两个问题，我们首先严格证明了专用能量波束不需要用于其相应的半定松弛（SDR）重构，并且SDR对于第一个问题是紧的，从而大大简化了AP预编码设计。然后，通过利用交替优化（AO），SDR，和连续凸逼近（SCA）的技术，计算效率高的算法来获得次优解的优化问题。仿真结果表明，给定相同的总系统功率预算，无线功率传输（WPT）的工作范围，总收获的能量，以及可实现的速率方面的显着的性能增益可以通过我们提出的设计基准计划（特别是采用被动IRS）。此外，建议在用户附近部署一个有源IRS，以有效运行WPT/SWIPT。
2022-06-09 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-Objective Resource Allocation for IRS-Aided SWIPT
在这封信中，我们研究了资源分配的多用户智能反射面（IRS）辅助的同时无线信息和功率传输（SWIPT）系统。具体地，多天线基站（BS）在IRS的辅助下同时向多个能量收集接收器（EHR）和信息解码接收器（IDR）发送能量和信息信号。在这种设置下，我们引入了一个多目标优化（MOOP）框架，通过联合优化BS处的能量/信息波束成形向量和IRS处的相移，来研究数据和速率最大化和总收获能量最大化之间的基本权衡。该MOOP问题首先通过$ε$ -约束方法转化为单目标优化问题（SOOP），然后通过优化最小化（MM）和内逼近（IA）技术求解。仿真结果揭示了所考虑的竞争目标之间的非平凡的权衡，以及所提出的方案相比，各种基线计划的优越性能。
2021-03-10 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-Objective Power Allocation for Energy Efficient Wireless Information and Power Transfer Systems
同时无线信息和功率传输（SWIPT）为实现永久无线网络提供了有前途的解决方案。能量效率是衡量系统性能的重要指标，本文研究SWIPT系统中能量有效的资源分配算法设计。我们首先调查之间的权衡EE的信息传输，EE的功率传输，并在一个基本的SWIPT系统与分离的接收器的总发射功率。在最大发射功率约束下，建立了多目标优化问题。我们提出了一种算法，实现灵活的资源分配的能量效率最大化和发射功率最小化。在仿真结果中示出了系统设计目标的折衷区域。此外，我们考虑在SWIPT系统与功率分配接收机的安全通信。人工噪声被注入到通信信道中，以对抗潜在窃听者的窃听能力。当系统中存在多个合法信息接收者和多天线潜在窃听者时，提出了一种功率有效的资源分配算法。仿真结果表明，显着的性能增益所提出的最佳算法相比，次优基线计划。
2015-04-09 cs.IT math.IT
