Secure SWIPT for Directional Modulation Aided AF Relaying Networks
基于定向调制的安全无线信息和功率传输被设想用于放大转发（AF）中继网络。解释，我们首先制定一个保密率最大化（SRM）的问题，它可以分解成一个双层优化问题，并解决了一维（1D）搜索和半定松弛（SDR）技术。然后，为了降低搜索的复杂度，我们制定了一个最大化的信号泄漏噪声比（Max-SLANR）标准的基础上的优化问题，并将其转化为SDR问题。此外，根据经典的Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件，证明了松弛是紧的。最后，为了降低计算复杂性，提出了一种逐次凸逼近（SCA）方法来寻找近似最优解。SCA方案的复杂度远低于SRM和Max-SLANR方案。仿真结果表明，SCA方案的保密率和误码率与SRM方案非常接近，但远优于迫零（ZF）方案。
2018-03-14 cs.IT math.IT
Outage Analysis in SWIPT Enabled Cooperative AF/DF Relay Assisted Two-Way Spectrum Sharing Communication
研究了蜂窝网络中支持设备到设备（D2D）通信的多天线协作认知无线电网络（CCRN）中解码转发（DF）和放大转发（AF）中继的相对性能。在这项工作中，蜂窝系统被认为是主要的和物联网设备（IoD），从事D2D通信，被认为是次要的系统。设备通过双向主通信中的协作来接入许可频谱。此外，IoD通过使用同步无线信息和功率传输（SWIPT）协议从射频（RF）信号收集能量来供电。推导了蜂窝和D2D通信的中断概率的封闭形式表达式，并研究了AF和DF中继技术的各种设计参数的影响。基于仿真结果，它被发现，建议的频谱共享协议，DF中继和AF中继方案，优于另一个类似的网络架构的频谱效率。它也被观察到，所提出的系统使用DF中继的性能优于AF中继方案在相同的发射功率的能量效率方面。
2020-07-16 cs.IT cs.NI math.IT
On the Performance of Low-Altitude UAV-Enabled Secure AF Relaying with Cooperative Jamming and SWIPT
提出了一种新的协同安全无人机（UAV）辅助传输协议，其中源（Alice）在地面窃听者（Eve）存在的情况下，通过能量受限的UAV安装放大转发（AF）中继向目的地（Bob）发送机密信息。我们采用目的地辅助协同干扰（CJ），以及同时无线信息和功率传输（SWIPT）在无人机安装中继，以提高物理层安全（PLS）和传输可靠性。假设一个低空无人机，我们推导出连接概率（CP），保密中断概率（SOP），瞬时保密率，和平均保密率（ASR）的建议协议在空-地（AG）信道，这是建模为莱斯衰落与仰角相关的参数。通过仿真，我们验证了我们的理论结果，并证明显着的性能改善，我们的协议相比，传统的传输协议与地面中继和基于无人机的传输协议，没有目的地辅助干扰。最后，我们评估了不同的系统参数和不同的无人机的位置对所提出的协议的ASR的影响。
2019-06-17 cs.IT eess.SP math.IT
Information and Energy Cooperation in OFDM Relaying: Protocols and Optimization
在能量受限的无线网络中，将功率传输集成到无线通信中以支持同时无线信息和功率传输（SWIPT）是一种很有前途的技术。虽然大多数关于SWIPT的现有工作集中在容量-能量特性上，但是对SWIPT的合作传输的益处的研究要少得多。在本文中，我们考虑在正交频分复用（OFDM）中继系统中的SWIPT，其中源节点传输信息和功率的一部分同时到中继节点，和中继节点使用从源节点的收获功率转发源信息到目的地。为了支持同时的信息和能量合作，我们首先提出了一种传输协议，假设源和目的地之间的直接链路不存在，即功率分裂（PS）中继协议，其中中继节点在第一跳的接收信号功率分成两个单独的部分，一个用于信息解码和其他用于能量收集。然后，我们考虑的情况下，源和目的地之间的直接链路是可用的，并提出了传输模式自适应（TMA）协议，其中的传输可以同时完成合作模式和直接模式（在不同的子载波）。在直接模式中，当源向目的地发送信号时，目的地接收信号作为信息，并且中继节点同时接收信号以用于能量收集。联合资源分配问题制定最大化的系统吞吐量。利用拉格朗日对偶方法，我们发展了求解非凸优化问题的有效算法。
2015-06-23 cs.IT math.IT
Amplify-and-Forward Full-Duplex Relay with Power Splitting-Based SWIPT
针对放大转发全双工中继网络，提出了一种基于功率分配的无线信息和功率同步传输的虚拟收获-发送模型和收获-发送-存储模型。中继节点采用由两个可充电电池组成的电池组。通过在每个传输块的两个连续时隙中在用于充电和放电的两个电池之间周期性地切换，每个块中的所有收集的能量已经被应用于虚拟收集-传输模型中的全双工传输。通过采用能量调度，中继节点在块级的收集、中继、收集-中继和空闲行为之间切换，使得块中收集的能量的一部分可以在收集-发送-存储模型中被调度用于未来使用。一个贪婪的切换策略被设计来实现收获-传输-存储模型，其中FDR节点发送时，其剩余能量确保在目的地解码。数值结果验证了所提出的方案的中断性能。
2016-07-05 cs.IT math.IT
Noncoherent Relaying in Energy Harvesting Communication Systems
在能量收集（EH）中继网络中，相干通信需要精确估计/跟踪瞬时信道状态信息（CSI），这需要消耗额外的功率。作为一种补救措施，我们提出了两个非相干EH中继协议的基础上放大转发（AF）中继，即功率分裂非相干AF（PS-NcAF）和时间切换非相干AF（TS-NcAF），这不需要任何瞬时CSI。我们开发了一个非相干的框架，同时无线信息和电力传输（SWIPT），拥抱PS-NcAF和TS-NcAF在一个统一的形式。对于任意M进制非相干频移键控（FSK）和差分相移键控（DPSK），我们推导出最大似然检测器（MLD）的PS-NcAF和TS-NcAF在一个统一的形式，其中涉及积分评估，但作为最佳性能基准。为了避免昂贵的积分计算，我们提出了一个封闭形式的检测器使用高斯-勒让德近似，它实现了几乎相同的性能MLD，但在大大降低复杂性。这些基于EH的非相干检测器在瑞利衰落中实现全分集。数值结果表明，我们提出的PS-NcAF和TS-NcAF可以优于传统的电网供电的中继系统在相同的总功率约束。得到了对实际SWIPT中继系统设计有用的各种见解。有趣的是，PS-NcAF在单中继情况下优于TS-NcAF，而TS-NcAF在多中继情况下优于PS-NcAF。
2015-06-12 cs.IT 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
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
Design of Link-Selection Strategies for Buffer-Aided DCSK-SWIPT Relay System
自适应链路选择的缓冲辅助中继可以实现显着的性能增益相比，传统的中继与固定的传输标准。然而，现有的链路选择策略大多是基于理想的信道状态信息（CSI）设计的，由于需要信道估计器，因此非常复杂。为了解决这个问题，在本文中，我们研究了一个缓冲器辅助差分混沌键控基于同步无线信息和功率传输（DCSK-SWIPT）中继系统，其中解码和转发协议被认为是和中继配备了数据缓冲器和能量缓冲器。特别是，我们提出了两个链路选择协议的建议系统的基础上收获的能量，数据缓冲状态和能量短缺的状态，其中CSI被取代的收获的能量，以避免信道估计和解码成本在中继的实际问题被考虑。此外，所提出的协议的比特错误率（BER）和平均延迟的封闭形式的表达式推导出多径瑞利衰落信道，这是通过仿真验证。最后，仿真结果表明，与传统的DCSK系统和DCSK-SWIPT中继系统相比，所提出的协议不仅具有更好的误码性能，而且与传统的基于信噪比的缓冲辅助DCSK-SWIPT中继系统相比，还具有更好的误码性能和更低的平均时延。
2020-04-07 cs.IT eess.SP math.IT
Heterogeneous Power-Splitting Based Two-Way DF Relaying with Non-Linear Energy Harvesting
同时无线信息和功率传输（SWIPT）已被公认为是一种很有前途的方法，以提高能量受限的网络的性能。在本文中，我们研究了一个基于SWIPT的三步双向解码转发（DF）中继网络与非线性能量收集器配备在中继。由于大多数现有的工作需要瞬时信道状态信息（CSI），而CSI没有被充分利用时，设计功率分配（PS）方案，存在一个机会，通过利用CSI的PS设计增强。为此，我们提出了一种新的异构PS方案，其中PS比根据瞬时信道增益动态变化。特别是，我们推导出的最佳PS比的封闭形式的表达式，以最大限度地提高所调查的网络的容量和分析的中断概率与最佳动态PS比的基础上的非线性能量收获（EH）模型。结果提供了有价值的见解的各种系统参数，如源的发射功率，源传输速率，和源中继距离上的性能的研究网络的影响。结果表明，我们提出的PS方案优于现有的计划。
2018-11-30 cs.IT math.IT
Application of Smart Antenna Technologies in Simultaneous Wireless Information and Power Transfer
同时无线信息和功率传输（SWIPT）是一种很有前途的解决方案，可以增加无线节点的寿命，从而缓解能量受限的无线网络的能量瓶颈。作为传统能量收集技术的替代方案，SWIPT依赖于射频信号的使用，预计将为无线通信网络的设计带来一些根本性的变化。本文重点介绍了先进的智能天线技术，包括多输入多输出和中继技术，SWIPT的应用。这些智能天线技术有可能显着提高SWIPT的能源效率和频谱效率。不同的网络拓扑结构与单个和多个用户进行了研究，以及一些有前途的解决方案，以实现系统性能和复杂性之间的有利权衡。还提供了一个详细的讨论未来的研究挑战的SWIPT系统的设计。
2014-12-04 cs.IT math.IT
Unified Analysis of SWIPT Relay Networks with Noncoherent Modulation
同时无线信息和功率传输（SWIPT）中继网络代表了无线网络发展中的范式转变，实现了同时射频（RF）能量收集（EH）和信息处理。不同于传统的SWIPT中继方案，这通常假设完美的信道状态信息（CSI）的可用性，在这里，我们考虑应用非相干调制，以避免需要的瞬时CSI估计/跟踪和最小化的能量消耗。我们提出了一个统一的和全面的分析框架的时间交换（TS）和功率分配（PS）接收机架构与放大转发（AF）协议的分析。特别是，我们采用了基于矩的方法来获得新的表达式中断概率，可实现的吞吐量，和平均符号出错率（ASER）的考虑SWIPT系统。我们量化的几个系统参数的影响，涉及继电器的位置，能量转换效率，和TS和PS比的假设，施加在EH继电器终端。我们的研究结果表明，TS协议的吞吐量性能优于PS协议在较低的接收信噪比（SNR）的值，这是在对比点到点SWIPT系统。一个广泛的蒙特卡罗模拟研究，以证实所提出的分析。
2017-08-22 cs.IT math.IT
Joint resource allocation in SWIPT-based multi-antenna decode-and-forward relay networks
在本文中，我们考虑中继辅助的同时无线信息和功率传输（SWIPT）的两跳合作传输，其中一个半双工多天线中继采用解码和转发（DF）中继策略的信息转发。中继被假定为是无能量的，并且需要从源节点收获能量。通过在每个中继天线处嵌入功率分裂（PS）来协调接收的能量和信息，在多天线中继节点处确定PS比和功率分配的联合问题被公式化以最大化端到端可达速率。我们表明，在这样的SWIPT系统中的多天线中继等效为一个虚拟的单天线中继，并与封闭形式的最优解的问题。为了降低PS方案的硬件成本，我们进一步提出了天线分簇方案，其中中继处的多个天线被划分为两个不相交的组，分别专门用于信息解码和能量收集。最优聚类算法是首次提出的，但具有指数复杂度。在此基础上，提出了一种贪婪聚类算法，该算法具有线性复杂度，且性能接近最优.通过理论分析和仿真结果提供了一些有价值的见解。
2017-06-18 cs.IT math.IT
Time-Switching Based SWIPT for Network-Coded Two-Way Relay Transmission with Data Rate Fairness
本文从信息论的角度研究了网络编码双向中继传输中的能量和信息同时传输问题，其中两个源通过能量收集中继交换信息。针对时间交换（TS）中继接收机结构，提出了基于TS的双向重铺（TS-TWR）协议。为了探索系统吞吐量限制与数据率公平性，我们制定了一个优化问题下的总功率约束。为了解决这个问题，我们首先得到一些显式的结果，然后设计一个有效的算法.数值结果表明，在总可用功率相同的情况下，由于路径损耗对能量传输的影响，TS-TWR与传统的non-EH双向中继相比存在一定的性能损耗，在信噪比相对较低和相对较高的情况下，性能损耗相对较小。
2014-12-25 cs.IT math.IT
Wireless Powered Cooperative Jamming for Secrecy Multi-AF Relaying Networks
本文研究了一组无线能量收集（WEH）启用放大转发（AF）中继执行合作干扰（CJ）和中继的帮助下的保密传输。网络中的源节点在第一阶段中与采用功率分配（PS）接收器的每个中继器进行同时无线信息和功率传输（SWIPT）;每个中继器进一步划分其收获的功率以用于转发接收到的信号并在第二传输阶段中生成用于干扰窃听者的人工噪声（AN）。在集中的情况下，与全球信道状态信息（CSI），我们提供了封闭形式的表达式的最佳和/或次优AF中继波束成形向量，以最大限度地提高可实现的保密率的中继的个人功率约束，使用半定松弛（SDR），这被证明是紧的技术。一个完全分布式的算法，仅利用本地CSI在每个中继也提出了作为一个性能基准。仿真结果验证了所提出的多AF中继与CJ比其他次优设计的有效性。
2015-11-11 cs.IT math.IT
Performance Analysis of SWIPT Relay Networks over Arbitrary Dependent Fading Channels
本文研究衰落信道相关性对双跳DF SWIPT中继网络性能的影响，利用Copula理论推导相关Nakagami-m信道下遍历容量和中断概率的闭式表达式，经仿真验证正相关链路可显著提升系统性能。
2023-05-06 cs.IT math.IT
Simultaneous Wireless Information and Power Transfer in Cooperative Relay Networks with Rateless Codes
研究了协作中继网络中的无线信息和功率同步传输（SWIPT）问题，其中中继从源发送的射频（RF）信号中获取能量，然后使用所获取的能量来辅助从源到目的地的信息传输。源和中继传输都使用无比率编码，这允许目的地采用两种信息接收策略中的任何一种，即，互信息累积（IA）和能量累积（EA）。支持SWIPT的中继采用三种不同的SWIPT接收器架构，理想接收器和两种实际接收器（即，功率分配（PS）和时间开关（TS）接收机）。相应地，提出了三种中继协议，即理想协议、PS协议和TS协议。为了探索这三种协议的系统性能限制，制定优化问题，以最大限度地提高其可实现的信息速率。对于理想的协议，最优解的显式表达式。对于PS协议，设计了一种线性搜索算法来解决非凸问题。针对TS协议，提出了两种解决方法。数值实验表明，在相同的SWIPT接收机条件下，基于IA的系统性能优于基于EA的系统，而在相同的信息接收策略下，PS协议性能优于TS协议。此外，与传统的非SWIPT和非无速率编码系统相比，所提出的协议表现出相当大的性能增益，特别是在相对较低的信噪比（SNR）制度。此外，还讨论了源-目的直接链路和中继位置对系统性能的影响，为SWIPT中继系统提供了参考。
2015-11-24 cs.IT math.IT
Optimal Combining and Performance Analysis for Two-Way EH Relay Systems with TDBC Protocol
在本文中，我们研究了同时无线信息和功率传输（SWIPT）的双向解码转发（DF）中继网络，其中时间交换（TS）的SWIPT和时分广播（TDBC）的双向中继。我们专注于一个合并方案的设计，决定如何中继合并从两个终端接收到的信号，通过在中继的功率分配比。我们制定了一个优化问题，以最大限度地减少系统中断概率，并获得封闭形式的最优功率分配比。对于所提出的最优合并方案，我们推导出系统中断概率和容量的表达式。仿真结果验证了我们推导的表达式，并表明该方案实现了更高的系统中断容量比现有的计划。
2018-12-11 cs.IT math.IT
Beamforming for Simultaneous Wireless Information and Power Transfer in Two-Way Relay Channels
研究了双向中继信道下的无线信息功率同步传输系统。这里，两个源节点经由功率分割（PS）从由多天线中继节点发送的信号中同时接收信息和能量。我们的目标是在服务质量（QoS）约束和中继功率约束下，最大化两个源节点的能量加权和。三个众所周知的和实用的双向中继策略被认为是，即，放大转发（AF）、基于比特级XOR的解码转发（DF-XOR）和基于符号级叠加编码的DF（DF-XOR）。对于每个中继策略，我们制定联合能量发射波束成形和PS比优化作为一个非凸二次约束问题。为了找到一个封闭形式的解决方案制定的问题，我们解耦的原始问题分为两个子问题。在第一个问题中，我们打算针对给定的PS比优化波束成形向量。在第二子问题中，我们优化PS比与给定的波束形成向量。值得注意的是，虽然相应的子问题是非凸的，但每个子问题的最优解仍然可以通过使用某些技巧来找到。我们提供的数值结果表明，适应不同的中继策略和加权因子，以收获能量在双向中继信道的优势。
2016-04-14 cs.IT 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
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
Ratio of Products of Mixture Gamma Variates with Applications to Wireless Communications
本文首先给出了独立非同分布混合伽玛随机变量乘积的统计性质。具体而言，简单的精确的封闭形式的概率密度函数（PDF），累积分布函数（CDF），矩生成函数（MGF）的表达式推导出单变量梅杰的$G$函数。然后导出了MG变量乘积比分布的统计特征。这些统计量被用来分析中断概率（OP），不同的调制方案的平均错误概率，通信系统的有效速率（ER）和平均面积下的接收机工作特性（AUC）曲线的能量检测在级联衰落信道。利用乘积比的统计方法，研究了具有解码转发（DF）中继协议和同信道干扰（CCI）的多跳通信系统物理层的安全中断概率（SOP $^L$）和非零保密容量概率（PNSC）的下界以及OP。推导出的性能指标适用于Beaulieu-Xie和$α-λ-η-μ$阴影衰落信道，尚未在文献中研究。相应地，给出了上述信道的MG分布的等效参数。数值计算结果和蒙特卡罗模拟之间的比较，以验证我们的分析的有效性。
2023-03-05 cs.IT eess.SP math.IT
