Information-Theoretic Analysis of an Energy Harvesting Communication System
在能量收集通信系统中，外源再充电过程为数据传输提供能量，并且到达的能量可以在消耗之前缓冲在电池中。如果没有足够的能量，传输就会中断。我们在信息论的背景下处理这种随机能量到达的通信。基于经典的加性高斯白噪声（AWGN）信道模型，研究了发射端能量到达随机时的编码问题。我们表明，随机能量到达的AWGN信道的容量等于平均功率约束等于平均充电率的容量。我们提供了两种不同的容量实现方案：{ \it save-and-transmit}和{ \it best-effort-transmit}。接下来，我们考虑的情况下，能量到达具有随时间变化的平均在一个较大的时间尺度。我们推导出最大平均吞吐量的最佳离线功率分配，并提供了一个算法，找到最佳的功率分配。
2010-09-29 cs.IT math.IT
Fine-Grained vs. Average Reliability for V2V Communications around Intersections
交叉口是交通基础设施的关键区域，与所有道路事故的47%相关。车对车（V2 V）通信有可能防止高达35%的此类严重道路碰撞。事实上，在5G/LTE Rel.15+标准下，V2 V不仅是增强道路安全的关键用例，而且还可以提高现代智慧城市的交通效率。在这种预期的5G定义下，半自动驾驶汽车的可靠性预计为0.99999（即，驾驶员在环）。因此，有必要评估可靠性，特别是对于事故多发区，如交叉口。我们对传统的平均V2 V可靠性进行了分解，以量化其相关的细粒度V2 V可靠性。相反，现有的工作在无限大的道路，当我们考虑有限的路段的意义，实际的现实世界的部署，细粒度的可靠性表现出双峰行为。特定车辆交通场景的性能要么非常可靠，要么非常不可靠，但相对于平均性能而言，没有任何地方接近。
2017-07-10 cs.IT math.IT
Wireless Powered Communications: Performance Analysis and Optimization
本文研究了无线供电通信系统的平均吞吐量，其中能量受限的源，由一个专用的功率信标（PB），与目的地进行通信。假设PB能够作为通信设备执行信道估计、数字波束成形和频谱感测。考虑时间分裂方法，源首先从配备有多个天线的PB收集能量，然后将信息发送到目的地。假设Nakagami-m衰落信道，平均吞吐量的解析表达式推导出两种不同的传输模式，即延迟容忍和延迟不容忍。此外，在某些特殊情况下，即，高发射功率状态和大量天线。最后，研究了同频干扰的影响。数值和仿真结果表明，增加PB处的发射天线的数量是提高平均吞吐量的有效工具，并且干扰可以被潜在地利用来提高平均吞吐量，因为它可以被用作额外的能量源。此外，能量传输链路的衰落严重程度对平均吞吐量的影响并不显著，特别是当PB天线的数量很大时。最后，它是观察到的源位置有很大的影响，平均吞吐量。
2015-10-08 cs.IT math.IT
Optimal Beam Sweeping and Communication in Mobile Millimeter-Wave Networks
毫米波（mm波）通信在诸如车载网络的移动场景中引起高波束对准成本。因此，需要有效的光束对准机制来减轻所产生的开销。在本文中，提出了一个一维的移动性模型，移动用户（MU），如车辆，沿直线道路移动随时间变化和随机的速度，并与位于路边的基站（BS）在毫米波波段进行通信。为了补偿位置不确定性，BS加宽其传输波束，并且当达到临界波束宽度时，BS执行波束扫描以细化MU位置估计，随后通过窄波束进行数据通信。以闭合形式计算平均速率和平均发射功率，并导出通信的最佳波束宽度、扫描波束数目和发射功率分配，以便在平均功率约束下最大化平均速率。证明了最优设计的结构性质，设计了确定最优扫频通信参数的二分法。数值结果表明，IEEE 802.11ad标准的适应所提出的模型表现出高达90%的频谱效率相比，所提出的计划退化。
2018-01-28 cs.IT math.IT
Adaptive Spatial Modulation Based Visible Light Communications: SER Analysis and Optimization
最近，空间调制（SM）技术已被提出用于可见光通信（VLC）。本文研究了采用自适应空间调制（ASM）的VLC的平均符号出错率（SER）。在系统中，对平均误符号率的分析分为两个方面：空域的错误概率和正确估计空域时信号域的错误概率。在这两个方面的基础上，推导出了平均SER的理论表达式。为了进一步提高系统的性能，提出了一个优化问题，以优化的LED上的调制阶数。分别提出了基于ASM和基于候选约简（CR）-ASM的优化算法。数值结果表明，推导出的平均SER的理论值是相当准确的评估系统的性能。此外，与现有的方案相比，所提出的两种算法是更好的选择VLC。
2018-07-26 cs.IT math.IT
Hadamard Coded Modulation: An Alternative to OFDM for Optical Wireless Communications
正交频分复用（OFDM）是一种易受信源、信道和放大器非线性影响的调制技术，因为它具有较高的峰均比（PAPR）。随着OFDM信号的平均功率的增加，失真变得更糟，因为大部分信号受到非线性的影响。在本文中，我们介绍了阿达玛编码调制（HCM），使用快速沃尔什-阿达玛变换（FWHT）调制数据作为一种替代技术，OFDM直接检测无线光系统。该技术由于其小的PAPR而被示出对于高平均光功率场景具有更好的性能，并且可以在两种场景中代替OFDM使用：1）在需要高平均光功率的光学系统（诸如可见光通信（VLC））中，以及2）在不受平均功率约束的光学无线系统中，对于该光学无线系统，与OFDM相比，HCM实现更低的比特出错率（BER）。HCM的功率效率可以通过在不丢失任何信息的情况下去除信号的DC偏置的一部分来提高。以这种方式，所发送的信号的幅度减小，并且信号变得对非线性不太敏感。交织可以应用在HCM上，通过将干扰均匀地分布在所有符号上，使所得信号抵抗色散信道中的符号间干扰（ISI）效应。
2014-04-04 cs.IT math.IT
Physical-layer Security for Indoor Visible Light Communications: Secrecy Capacity Analysis
本文研究了由发射机、合法接收机和窃听者组成的室内可见光通信（VLC）网络的物理层安全问题。主信道和窃听信道都具有非负输入，这些输入被加性高斯白噪声破坏。考虑到照明要求和光源的物理特性，输入也受到其平均和峰值光强的约束。研究了两种情况：一种是仅具有平均光强约束，另一种是具有平均和峰值光强约束。基于信息论，推导了两种情况下保密容量上下界的封闭表达式。数值结果表明，保密容量的上下界是紧的，从而验证了所推导的封闭形式的表达式。此外，从理论上分析了该算法在高信噪比下的渐近行为。在高信噪比下，当仅考虑平均光强约束时，保密容量的渐近上界和渐近下界之间存在很小的性能差距。当同时考虑平均和峰值光强约束时，保密容量的渐近上界和下界是一致的。数值结果也证实了这些结论。
2018-07-26 cs.IT math.IT
Average Error Probability in Wireless Sensor Networks with Imperfect Sensing and Communication for Different Decision Rules
本文提出了一个框架来评估的概率，决策错误事件发生在无线传感器网络，包括传感和通信错误。我们考虑一个场景，传感器需要确定是否发生了一个给定的事件，根据其周期性的，嘈杂的，观察一个给定的信号。关于信号的这种信息需要被发送到融合中心，该融合中心决定在该特定观测时间的实际状态。通信链路-单跳或多跳-被建模为二进制对称信道，其可能具有不同的错误概率。融合中心的决策基于对与各个传感器观测相关联的接收信号的OR、AND、K-OUT-OF-N和MAJORITY布尔运算。我们推导出作为系统参数（例如传感器和跳数）和输入信号特性的函数的平均决策错误概率的封闭式方程。我们的分析表明，最佳决策规则与观测事件发生的频率和传感器数量密切相关。在我们的数值例子中，我们表明，与规则优于多数，如果这样的事件是罕见的，只有少数传感器。相反，如果有大量传感器或更均匀分布的事件发生，则MAJORITY是最佳选择。我们进一步表明，虽然使用的MAJORITY规则的错误概率渐近去0与传感器的数量增加，它也更容易受到更高的信道错误概率。
2016-02-16 cs.IT math.IT
On Optimizing Power Allocation For Reliable Communication over Fading Channels with Uninformed Transmitter
我们研究能量有效的数据包调度和功率分配问题的服务，需要可靠的通信，以保证一定的体验质量（QoE）。我们建立平均发射功率和数据传输的可靠性之间的联系，这取决于平均数据传输量和短期速率保证。我们考虑一个慢衰落的点对点信道，在发送端没有信道状态信息（CSIT）。在没有CSIT的情况下，慢衰落信道具有与每个发射功率相关联的中断概率。作为数据丢失容限参数的函数，以及最小速率和峰值功率约束，我们制定了一个优化问题，该优化问题适应速率和功率，以最小化用户设备（UE）的平均发射功率。然后，一个放松的优化问题，制定传输速率被假定为固定的每个分组传输。我们使用马尔可夫链模型的优化问题的约束。相应的问题是不凸的两个制定的问题，因此，随机优化技术，即模拟退火算法，是用来解决他们。数值计算结果量化了各种系统参数对平均发射功率的影响，并显示出显着的节能服务时，及时和可靠的通信要求不那么严格。
2018-07-26 cs.IT math.IT
Tight Capacity Bounds for Indoor Visible Light Communications With Signal-Dependent Noise
推导了信号相关高斯噪声下点对点室内可见光通信（VLC）系统的信道容量界。同时考虑照明和通信，VLC的非负输入受到峰值和平均光强约束。考虑了两种情况：一种情况具有平均和峰值光强约束，另一种情况仅具有平均光强约束。对于这两种情况下，我们推导出封闭的容量下限和上限的表达式。利用变分方法和输出熵总是大于输入熵的性质，推导出了系统容量的下界。利用容量的对偶表达式和“逃逸到无穷远的达容源分布”原理，得到了系统容量的上界。此外，渐近分析表明，容量下限和上限之间的渐近性能差距接近于零。最后，所有推导出的能力界限，确认使用数值结果。
2020-10-31 cs.IT math.IT
On the Average Secrecy Performance of Satellite Networks in Short Packet Communication Systems
针对阴影莱斯衰落下的短分组卫星通信，本文推导有限块长平均可达保密速率下界，并用仿真揭示块长、SNR、窃听者及定向天线对保密性的影响。
2025-05-13 cs.IT eess.SP math.IT
Hadamard Coded Modulation for Visible Light Communications
使用室内照明系统也提供下行链路通信的可见光通信（VLC）系统需要高平均光功率以便满足照明需要。这可能导致高阶调制方案中常见的高幅度信号被发光二极管（LED）的峰值功率约束限幅，并导致高信号失真。在本文中，我们介绍了阿达玛编码调制（HCM），以实现低错误概率在基于LED的VLC系统需要高的平均光功率。该技术使用快速Walsh-Hadamard变换（FWHT）来调制数据，作为正交频分复用（OFDM）的替代调制技术。HCM由于其较小的峰均功率比（PAPR），在高照度水平下实现了更好的性能。HCM的功率效率可以通过在不丢失任何信息的情况下减少发射信号的DC部分来提高。由此产生的所谓的DC降低的HCM（DCR-HCM）非常适合于需要调光照明的环境，因为与HCM相比，它传输具有较低峰值幅度的信号，从而受到较少的非线性失真。交织可以应用于HCM，以使所得到的信号更能抵抗色散VLC链路中的符号间干扰（ISI）。
2015-06-17 cs.IT math.IT
Communication, Computing and Caching for Mobile VR Delivery: Modeling and Trade-off
移动虚拟现实（VR）交付由于其提供沉浸式体验的能力而越来越受到工业界和学术界的关注。然而，实现移动VR交付需要超高的传输速率，被认为是5G无线网络的第一个杀手级应用。在本文中，为了减轻无线网络的流量负担，我们开发了一个实现框架，利用移动VR设备的缓存和计算能力的移动VR交付。然后，我们共同优化的缓存和计算卸载策略，以最大限度地减少所需的平均传输速率下的延迟和本地平均能耗的限制。在对称情形下，我们得到了最优联合策略和最小平均传输速率的封闭表达式。因此，我们分析了通信，计算和缓存之间的权衡，然后分析性地揭示了通信开销可以通过移动VR设备的计算和缓存能力来交易的事实，以及必须满足什么条件才能发生。最后，我们讨论了异构场景下的优化问题，并提出了一个有效的次优算法，具有较低的计算复杂度，这是实现良好的性能在数值结果。
2018-04-27 cs.IT math.IT
Average Rate and Error Probability Analysis in Short Packet Communications over RIS-aided URLLC Systems
针对RIS辅助URLLC短分组通信，本文用Gamma分布建模含相位误差的接收SNR，分析FBL平均速率与错误概率，并量化RIS数量及相位误差影响。
2021-07-13 cs.IT math.IT
On the Performance of Adaptive Packetized Wireless Communication Links under Jamming
我们采用博弈论的方法来制定两个节点之间的通信在一个对手的存在下通过无线链路。我们定义了一个约束，两个球员，零和游戏之间的发射机/接收机对自适应传输参数和对手的平均和最大功率约束。在该模型中，发射机的目标是最大化通信链路的可实现的预期性能，由效用函数定义，而干扰机的目标是最小化相同的效用函数。受容量/速率作为性能指标的启发，我们定义了一个通用的效用函数和一个可应用于各种干扰问题的支付矩阵。我们表明存在一个阈值，这样，如果干扰机的平均功率超过这个阈值，发射机在纳什均衡（NE）的预期收益是相同的情况下，当干扰机使用其最大允许功率的所有时间。我们提供的发射机和干扰机的最佳策略和封闭形式的表达在NE的游戏的期望值的分析和数值结果。作为一个特殊的情况下，我们调查的速率自适应，分组化，无线AWGN通信链路在不同的干扰情况下的最大可实现的传输速率，并表明随机化可以显着地帮助智能干扰机有限的平均功率。
2013-10-21 cs.IT math.IT
Fluid Antenna-Assisted Dirty Multiple Access Channels over Composite Fading
本文研究了发射机具备边信息的K用户脏多址接入信道中流体天线技术的应用，通过Copula理论描述空间相关性并推导了Fisher-Snedecor F衰落下的中断概率闭式表达式，证实单个流体天线能显著提升系统性能并支持大量用户。
2023-09-14 cs.IT eess.SP math.IT
Average Age of Information Penalty of Short-Packet Communications with Packet Management
在本文中，我们分析了非线性年龄的信息（AoI）的性能在点对点短分组通信系统中，发射机产生的数据包的基础上的状态更新和发送的数据包到接收机。具体来说，我们研究了三种数据包管理策略，即无缓冲区的非抢占策略，有一个缓冲区的非抢占策略和抢占策略。为了表征接收方对过时数据的不满程度，我们采用广义α-βAoI惩罚函数进行分析，并推导出三种分组管理策略所实现的平均AoI惩罚的封闭形式表达式。仿真结果证实了我们的分析，并明确评估各种系统参数，如编码速率和状态更新生成速率，对AoI性能的影响。此外，还发现α的大小反映了系统的传输可靠性。
2022-10-26 cs.IT eess.SP math.IT
Average Rate Analysis of RIS-aided Short Packet Communication in URLLC Systems
本文研究了有限块长（FBL）域中可重构智能表面（RIS）辅助工厂自动化的平均可达速率。首先，复合信道包含直接路径加上通过RIS的反射路径的产物的特征。然后，接收到的信号噪声比（SNR）的分布匹配到伽马随机变量，其参数取决于RIS元件的总数以及信道路径损耗。其次，通过假设FBL模型，确定了可达速率表达式，并基于所提出的SNR分布详细阐述了相应的平均速率。在仿真中考虑了由于量化相移而引起的相位误差。数值结果表明，蒙特卡罗模拟符合匹配伽玛分布的接收信噪比为大量的RIS元素。此外，当RIS被利用时，特别是当仅存在反射信道时，由SNR分布的紧密度指示的系统可靠性增加。这突出了超可靠低延迟通信（URLLC）系统的RIS辅助通信的优势。由于工作在FBL制度相对于香农容量的平均可达速率的减少也被调查作为一个功能的总RIS元素。
2021-03-22 cs.IT eess.SP math.IT
Device-to-Device Communication Underlaying a Finite Cellular Network Region
底层带内设备到设备（D2D）通信可以提高蜂窝网络的频谱效率。然而，D2D和蜂窝用户的共存导致小区间和小区间干扰。前者可以通过小区间干扰协调来有效地管理，因此在本工作中不考虑。相反，我们专注于小区内干扰，并提出了一种D2D模式选择方案，以管理它在有限的蜂窝网络区域内。潜在D2D用户由基站（BS）基于对BS产生的平均干扰来控制以在D2D模式中操作。使用随机几何，我们研究了在BS和D2D接收器处经历的中断概率，以及频谱重用率，其量化了成功发送D2D用户的平均分数。该分析表明，D2D接收机处的中断概率对于不同的位置而变化。另外，在不损害BS处的性能的情况下，如果蜂窝链路上的路径损耗指数略低于D2D链路上的路径损耗指数，则频谱重用率可以具有可忽略的降低，而D2D用户的成功传输的平均数量随着D2D节点密度的增加而增加。这表明D2D通信的增加水平在未来网络中可能是有益的。
2016-10-27 cs.IT math.IT
Transmit Optimization for Symbol-Level Spoofing
随着无线通信技术的最新发展，恶意用户可以利用它们进行犯罪或发动恐怖袭击，从而对公共安全构成新的威胁。为了快速响应以防御这些攻击，授权奇偶校验（例如，美国国家安全局）需要通过空中干预恶意通信链路。本文研究了这一新兴的无线通信干预问题在物理层。与以前的研究使用干扰来破坏或禁用目标无线通信不同，我们提出了一种新的物理层欺骗方法来改变它们的通信信息。考虑加性高斯白噪声（AWGN）信道上的基本三节点系统，其中中间合法欺骗者旨在欺骗从Alice到Bob的恶意通信链路，使得在Bob处接收的消息从Alice的原始发送的消息改变为欺骗者期望的消息。我们提出了一种新的符号级欺骗方案，其中欺骗者通过利用Alice的每个原始星座点和期望的欺骗者之间的符号级关系来设计欺骗信号。特别地，欺骗的目的是最小化平均欺骗符号错误率（SSER），其被定义为平均概率，由鲍勃解码的符号不能被改变或欺骗，通过设计其欺骗信号在符号服从平均发射功率约束。通过考虑两种情况下，爱丽丝采用广泛使用的二进制相移键控（BPSK）和正交相移键控（QPSK）调制，我们得到各自的最优解的两个平均SSER最小化问题。数值结果表明，与其他基准方案相比，优化传输的符号级欺骗方案实现了更低的平均SSER。
2016-08-02 cs.IT math.IT
Mobile-IRS Assisted Next Generation UAV Communication Networks
关于智能反射表面（IRS）辅助无人机（UAV）通信的先前研究集中于IRS的固定位置或安装在UAV上。IRS位于固定位置的假设将阻止移动用户最大化许多无线网络益处，诸如数据率和覆盖。此外，由于各种原因，假设IRS放置在UAV上是不切实际的，包括IRS的重量和尺寸以及恶劣天气下的风速。与以往的研究不同，本研究假设将一架无人机和一个安装在移动地面车辆（M-IRS）上的IRS部署在物联网（IoT）6 G无线网络中，以最大限度地提高平均数据率。这种使用M-IRS辅助UAV系统提供无线覆盖的方法有望在智慧城市中实现。在本文中，我们制定了一个优化问题，找到一个有效的无人机轨迹，一个有效的路径M-IRS，和用户的功率分配系数，最大化的平均数据率的移动地面用户。由于其棘手性，我们提出了有效的技术，可以帮助找到解决方案的优化问题。首先，我们表明，我们的动态功率分配技术优于固定功率分配技术的网络平均和速率。然后，我们采用个人的运动模型（随机路点模型），以表示用户的运动范围内的覆盖区域。最后，我们提出了一种有效的方法，使用遗传算法（GA）找到一个有效的轨迹为无人机，和一个有效的路径M-IRS提供无线连接的移动用户在他们的运动。仿真结果表明，与静态IRS系统相比，该方法可以使平均数据率提高15%，与无IRS系统相比，该方法可以使平均数据率提高25%.
2022-07-08 cs.IT math.IT
Secure Communication in Dynamic Wireless Ad hoc Networks
我们考虑一个无线ad hoc网络中存在窃听者（ED），其中的节点分布根据独立的泊松点过程（PPP）。合法节点遵循半双工操作模式，采用时隙ALOHA协议进行传输。针对这样的网络，提出了一种新的通信方案，诱导一个时变的安全连通图（SCG），并研究了这种诱导SCG的连通性行为。特别是，对于网络中的合法节点，我们分析了（i）传入边缘的平均数量和传出边缘的平均数量;（ii）最近邻居安全连接的时间;以及（iii）允许信息渗透的ED密度的条件，{ \ie }，一个“巨人”组件存在的条件。在这个巨大的组件中的节点之间的安全连接的平均时间被证明是线性缩放的欧几里得距离。此外，我们表明，通过将数据包分成两个子数据包，并沿着相距足够远的路径路由每个子数据包，可以（a）潜在地提高安全连接性和（b）减少在巨型组件中的任何两个合法节点之间交换数据包所产生的整体延迟。
2019-05-06 cs.IT math.IT
On Optimal Power Control for Energy Harvesting Communications with Lookahead
考虑能量收集通信系统的功率控制问题，其中发射机配备有有限尺寸的可充电电池，并且能够向前看以观察固定数量的未来能量到达。通过Bellman方程，在能量到达过程平稳无记忆的假设下，给出了在加性高斯白噪声信道下的最大平均吞吐量和最优功率控制策略.伯努利能量到达的情况下，通过渐近紧的最大平均吞吐量和最优功率控制策略的上限和下限得到一个更明确的表征。除了他们的关键作用，在获得所需的分析结果，这样的界限是非常有价值的，从数值的角度来看，因为它们可以有效地计算使用凸优化求解器。
2022-02-28 cs.IT math.IT
Toward Reliable Semantic Communication: Beyond Average Performance
Shenzhen University（深圳大学）；The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）
本文针对动态不确定环境下语义通信的可靠性瓶颈，提出超越平均性能的可靠性设计视角，综述了信道感知自适应、鲁棒编解码及HARQ三类方法，并探讨了不完美CSI下的鲁棒自适应通信和联合源信道校验编码两个方向。
2026-05-31 cs.IT cs.SY eess.SY
Bridging the Capacity Gap Between Interactive and One-Way Communication
我们研究了交互式通信的编码方案的通信速率，将任何两方交互式协议转换为对噪声具有鲁棒性的协议。最近，Haeupler（FOCS '14）表明，如果传输的$ε> 0$部分被破坏，对抗性地或随机地，则有可能实现$1 - \widetilde{O}(\sqrtε)$的通信速率。此外，Haeupler证明，这个速率对于一般的输入协议是最佳的。这与单向通信的经典设置形成对比，在单向通信的经典设置中，已知纠错码实现$1 - Θ(H(ε)) = 1 - \widetildeΘ(ε)$的最佳通信速率。在这项工作中，我们表明，二次方较小的速率损失的单向设置也可以实现一个非常自然的一类输入协议的交互式编码方案。我们引入平均消息长度的概念，或一方在收到回复之前发送的平均比特数，作为测量协议中交互性水平的自然参数。此外，我们表明，任何协议的平均消息长度$\ell = Ω(\mathrm{poly}(1/ε))$可以模拟一个协议，最佳的通信速率$1 - Θ(H(ε))$在一个不经意的对抗信道的错误分数$ε$。此外，在访问公共共享随机性的附加假设下，无速率地实现最优通信速率，即，通信速率自动适应于实际出错率$ε$，而不必预先指定它。这表明，即使对于非常小的（在$ε$中为常数）平均消息长度，也可以桥接单向和交互式通信之间的容量差距，这可能在许多应用中发现。
2016-05-27 cs.DS cs.IT math.IT
Performance Analysis of Dual-Hop Mixed PLC/RF Communication Systems
在本文中，我们研究了一个双跳混合电力线通信和射频通信（PLC/RF）系统，其中PLC链路和RF链路之间的连接是由解码和转发（DF）或放大和转发（AF）继电器。假设PLC信道受到加性背景噪声和脉冲噪声的影响，遭受对数正态衰落，而RF链路经历莱斯衰落。基于该模型，推导了中断概率（OP）、平均出错率（BER）和平均信道容量（ACC）的解析表达式。此外，渐近分析的OP和平均BER，以及上限表达式的ACC。最后，数值结果验证了我们的分析结果，并进行了深入的讨论。
2020-11-18 cs.IT cs.PF math.IT
Ultra-Reliable and Low-Latency Wireless Communication: Tail, Risk and Scale
确保5G无线网络及以后的超可靠和低延迟通信（URLLC）具有重要意义，目前正受到学术界和工业界的极大关注。在其核心，URLLC要求偏离预期的基于公用事业的网络设计方法，其中依赖于平均数量（例如，平均吞吐量、平均延迟和平均响应时间）不再是一种选择，而是必需的。相反，严重缺乏一个考虑延迟，可靠性，数据包大小，网络架构和拓扑（跨接入，边缘和核心）以及不确定性下决策的原则性和可扩展的框架。本文的首要目标是填补这一空白的第一步。为了实现这一愿景，在提供延迟和可靠性的定义之后，我们仔细研究了URLLC的各种推动因素及其固有的权衡。随后，我们将重点关注与超可靠和低延迟通信要求相关的大量技术和方法，以及它们在选定用例中的应用。这些结果为低延迟和高可靠性无线网络的设计提供了清晰的见解。
2018-08-23 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis of FAS-Aided NOMA-ISAC: A Backscattering Scenario
本文研究FAS辅助NOMA-ISAC系统中的反向散射通信与感知性能，推导了信道分布、中断概率、遍历通信速率和遍历感知速率的闭式或级数表达式，并验证了流体天线系统相比固定位置天线的性能优势。
2024-08-08 cs.IT eess.SP math.IT
Lower Bounds on the Communication Complexity of Binary Local Quantum Measurement Simulation
我们考虑通信复杂性场景下的量子测量的经典模拟问题。Regev和Toner（2007）提出了一种2比特协议，该协议模拟了由任意状态上的二元投影量子测量产生的一个特定的关联函数，并且特别地不保持局部平均值。模拟其他关联函数使用有界通信的协议，或保持本地平均值的问题，已被提出作为一个开放的。在本文中，我们解决它的负面影响：我们表明，任何这样的协议必须有无限的通信执行的一些子集。特别是，我们表明，对于任何协议，存在输入的随机变量描述的通信位数具有任意大的方差。
2013-10-08 cs.IT math.IT quant-ph
Performance Analysis over Correlated/Independent Fisher-Snedecor F Fading Multi-User Channels
在本文中，我们研究了相关衰落对无线多址接入信道（MAC）的性能的影响，在存在和不存在边信息（SI）在发射机，其中的衰落系数根据Fisher-Snedecor F分布建模。具体地，我们表示两种场景：（i）干净MAC（即，在发射机处没有SI），（ii）双重脏MAC（即，在发射机处具有非因果已知的SI）。对于这两种系统模型，我们推导出封闭形式的表达式的中断概率（OP）以及独立衰落条件下的平均容量（AC）。此外，利用Copula理论，我们得到了在正相关衰落条件下两种模型的OP和AC的精确解析表达式。最后，数值分析结果的有效性进行了说明。
2022-05-03 cs.IT eess.SP math.IT
RIS-Aided Free-Space Optics Communications in A2G Networks over Inverted Gamma-Gamma Turbulent Channels
本研究针对A2G网络中逆Gamma-Gamma湍流信道下的RIS辅助FSO通信，提出性能分析框架，推导含指向误差及窃听场景下多项性能指标的闭式表达式，并通过数值仿真验证结果。
2024-08-12 cs.IT eess.SP math.IT
Covert Communications with Constrained Age of Information
在这封信中，我们首次考虑了隐蔽通信中的信息新鲜度要求。针对全双工（FD）接收机产生的人工噪声（AN），在平均信息年龄（AoI）约束下，提出了一个隐蔽性最大化问题，以优化信息信号的发送概率。特别是在隐蔽通信中，发送概率不仅代表了信息信号的产生速率，而且代表了备择假设的先验概率，在信息的新鲜性和通信的隐蔽性之间架起了一座桥梁。我们的分析表明，最佳的传输概率并不总是0.5，这与大多数隐蔽通信相关作品中的等先验概率假设不同。此外，平均AoI的限制扩大了发射概率的代价是降低的隐蔽性，并导致非零隐蔽性的信息发射功率的正下界。
2020-07-29 cs.IT eess.SP math.IT
Average Age of Information Minimization in Reliable Covert Communication on Time-Varying Channels
本文提出时变信道中可靠隐蔽通信方法，引入信道变化年龄（AoC）度量并建立其与信息年龄（AoI）的约束关系，以最小化 AoI 并保证 Willie 检测概率可忽略。
2022-05-03 cs.CR cs.IT cs.SY
Performance Analysis on Visible Light Communications With Multi-Eavesdroppers and Practical Amplitude Constraint
研究了多个窃听者参与的可见光通信系统的保密性能。在VLC系统中，通过考虑实际幅度约束而不是平均功率约束，得到了保密中断概率和平均保密容量的上下界的封闭表达式。由于合法的接收者和窃听者的位置是未知的，以及随机的，随机几何方法被引入到问题的制定。此外，通过严格的推导，得到了计算复杂度较低的精确表达式。仿真结果验证了理论分析的正确性。
2019-10-12 cs.IT eess.SP math.IT
Non-Linear Distributed Average Consensus using Bounded Transmissions
提出了一种分布式平均共识算法，每个传感器发送有界峰值功率。在通信噪声的存在下，它表明，节点达成共识渐近一个有限的随机变量，其期望值是所需的样本平均值的初始观测值的方差，取决于算法的步长和通信噪声的方差。渐近性能的特点是推导出的渐近协方差矩阵使用随机逼近理论的结果。结果表明，使用有界传输的结果在收敛速度较慢的线性共识算法的基础上的拉普拉斯启发式。模拟证实了我们的分析结果。
2013-02-21 cs.DC cs.IT math.IT
Secrecy Performance for Finite-Alphabet Inputs Over Fluctuating Two-Ray Channels in FDA Communications
为了给实际的频率分集通信系统的设计提供参考，研究了在波动双射线（FTR）衰落信道下，采用有限字母输入的频率分集系统的保密性能。更具体地说，封闭形式的平均保密率（ASR）和保密中断概率（SOP）的表达式推导，而它们的正确性是通过数值模拟证实。此外，我们进行渐近分析，以量化高斯和有限字母表输入之间的保密性能差距，足够大的平均信噪比（SNR）的主信道。与基于高斯输入的研究相比，这封信侧重于揭示FDA系统属性的实际场景。
2020-06-11 cs.IT eess.SP math.IT
Timely Status Update in Relay-Assisted Cooperative Communications
我们调查年龄的信息（AoI）的中继辅助的协作通信系统，其中源节点发送状态更新数据包的目的地节点尽可能及时地与一个中继节点的帮助。对于没有中继的时隙系统，先前的工作已经表明，源应该在每个时隙生成新的分组并将其发送到目的地，以最小化平均AoI，而不管目的地是否已经在前一个时隙中成功地解码了分组。然而，当涉及专用中继时，中继是否可以改善AoI性能需要深入研究。特别地，源的分组生成和传输策略应该被仔细设计以与中继协作。根据源和中继是否被允许同时发送，两个中继辅助方案进行了研究：时分多址（TDMA）和非正交多址（NOMA）方案。推导其理论平均AoI的关键挑战是目的地在不同时隙中成功接收更新分组的概率不同。我们使用马尔可夫链对每个方案进行建模，以获得相应的封闭形式的平均AoI。有趣的是，我们的理论分析表明，中继辅助方案只能优于非中继方案的平均AoI时，源-目的地链路的信噪比低于-2dB。仿真结果表明，TDMA方案具有较低的能量消耗，而NOMA方案通常实现较低的平均AoI。
2023-03-20 cs.IT cs.NI math.IT
Robust Trajectory and Communication Design in IRS-Assisted UAV Communication under Malicious Jamming
在本文中，我们研究了一个无人机（UAV）的通信系统，其中地面节点（GN）与无人机通信的智能反射面（IRS）的辅助下，在干扰存在的不完善的位置信息。通过对无人机航迹、IRS无源波束形成和GN功率分配的联合鲁棒设计，提高了可达平均速率。然而，制定的优化问题是具有挑战性的解决，由于其非凸性和耦合变量。为了克服这个困难，我们提出了一个交替优化（AO）的算法来解决它的次优利用半定松弛（SDR），连续凸逼近（SCA），和S-过程的方法。仿真结果表明，通过在GN附近部署IRS，与基准算法相比，该算法能够显著提高上行链路可达平均速率，而在干扰源附近部署IRS仅在干扰源位置完全已知时有效。
2022-01-24 cs.IT eess.SP math.IT
Semantic Transmission Framework in Direct Satellite Communications
University of Surrey（萨里大学）；Southwest Jiaotong University（西南交通大学）；Shenzhen University（深圳大学）；Sun Yat-sen University（中山大学）
本文提出了一种语义传输框架，通过优化传输模式、任务迁移和去噪步骤，提升直接卫星通信的语义效率。
2026-02-27 cs.IT eess.SP math.IT
A Bio-Synthetic Modulator Model for Diffusion-based Molecular Communications
在基于扩散的分子通信（DMC）中，发射器纳米机器的一个重要功能是信号调制。特别地，发射器必须能够控制用于调制信息比特的信号分子的释放。天然细胞中用于释放分子的一类重要的控制机制是基于离子通道，其是跨细胞膜的成孔蛋白，其打开和关闭可以由门控参数控制。本文提出了一种基于离子通道的DMC调制器，它通过调制门控参数信号来控制分子从发射器释放的速率。利用所提出的调制器的能力，引入了开关键控调制方案，并且相应的平均调制信号，即，分子从发射器的平均释放速率在拉普拉斯域中导出。通过作出简化的假设，获得了时域中的平均调制信号的封闭形式的表达式，该表达式构成了释放分子总数的上限，而不管该假设如何。导出的平均调制信号与基于粒子的模拟器获得的结果进行比较。数值计算结果表明，如果跨膜离子通道的数目较少，则所得到的上界是紧的。
2016-04-19 cs.ET cs.IT math.IT
Source Coding Optimization for Distributed Average Consensus
共识是一种用于计算分布在网络节点之间的数据的函数的常用方法。特别令人感兴趣的是分布式平均共识，其中节点仅使用近邻通信迭代计算存储在网络所有节点处的数据的样本平均值。在现实世界的场景中，这些通信必须经历量化，这会给节点间消息带来失真。在本文中，我们在高斯数据和加性量化误差的假设下，建立了网络状态统计量在每次迭代中的演化模型。结果表明，在聚合信源编码率方面的通信负载的最小化可以构成为一个广义几何规划，其中一个等价的凸优化可以有效地解决全局最小值。针对率失真最优矢量量化、均匀熵编码纯量量化和固定速率均匀量化开发了优化程序。数值结果证明了这些方法的性能。对于少量的迭代，使用穷举搜索来验证固定速率优化。与现有技术的比较表明在某些情况下具有竞争力的性能，但强烈地促使并入更复杂的编码策略，例如差分、预测或Wyner-Ziv编码。
2021-12-03 cs.IT math.IT math.OC
Fluid Antenna-aided Full Duplex Communications: A Macroscopic Point-Of-View
本文基于随机几何开发分析框架，评估大规模流体天线辅助全双工蜂窝网络在信道估计误差和环路干扰下的中断与平均总速率性能，发现其较常规全双工通信提升约45%。
2023-04-10 cs.IT eess.SP math.IT
Phase Modulated Communication with Low-Resolution ADCs
本文研究了一种低分辨率无线通信系统，在该系统中，发射信号受到衰落和加性噪声的干扰。首先，当量化比特数不足以分辨M个信号点时，得到了对所有M进制调制方案都正确的平均误符号概率（SEP）的普遍下界。其次，在M进制相移键控（M-PSK）的特殊情况下，导出了等概率信号点的最佳最大似然检测器。第三，利用推导出的最佳接收机的结构，一般平均SEP表达式的M-PSK调制与n比特量化时，无线信道受到衰落的圆对称分布得到。最后，推导出的分析结果进行了广泛的仿真研究一般Nakagami-m衰落信道。据观察，如果n大于或等于log_2（M +1），则具有n比特量化的收发器架构在通信可靠性方面是渐近最优的。也就是说，对于n大于或等于log_2（M+1）的无限位和n位量化器，平均SEP的衰减指数相同且等于m。另一方面，对于n = log_2（M）和n < log_2（M），它分别仅等于一半和0。因此，对于具有大的m值的衰落环境，使用额外的量化比特显著地改善了通信可靠性。
2019-06-28 cs.IT eess.SP math.IT
UAV-Aided Jamming for Secure Ground Communication with Unknown Eavesdropper Location
研究了在窃听者位置未知的情况下，利用无人机辅助干扰技术实现物理层无密钥安全。我们假设未知的窃听者的位置是在一个椭圆形的发射机的覆盖区域内。通过依次优化发射功率、无人机飞行路径和干扰功率，以最大化任意窃听位置下的平均保密率为目标。仿真结果表明，与采用发射机和合法接收机共同飞行的直接航迹相比，最优航迹具有更好的保密率性能。最重要的是，即使与未知的窃听者的位置，我们得到了一个保密率，相当于一个场景时，窃听者的位置是已知的。然而，未知窃听者位置的平均保密率取决于窃听者与发射机的已知位置的接近程度。我们还观察到，由于无人机辅助干扰，平均保密率稳定在某个点，即使窃听者的平均接收包络功率增加。这基本上证明了拟议计划的有效性。
2019-11-25 cs.CR cs.IT math.IT
Resource Allocation for Secure Multi-UAV Communication Systems with Multi-Eavesdropper
在本文中，我们研究的资源分配和轨迹设计的安全无人机（UAV）启用的通信系统，其中多个多用途的无人机基站被派遣提供安全的通信，以多个合法的地面用户（GU）存在多个窃听者（Eves）。具体地，通过利用正交频分多址（OFDMA），活动的UAV基站可以经由所分配的子载波与其期望的地面用户通信，而空闲的UAV基站可以同时用作干扰器以用于通信安全性提供。为了实现安全通信中的公平性，通过联合优化通信/干扰子载波分配策略和无人机飞行轨迹，同时考虑多无人机之间的最小安全距离、最大巡航速度、初始/最终位置以及圆柱形禁飞区（NFZ）的存在等约束条件，最大化每个用户的平均最小保密率.该设计被配制成一个混合整数非凸优化问题，这是一般棘手的。随后，提出了一种计算效率高的迭代算法来获得次优解。仿真结果表明，所提出的迭代算法的性能可以显着提高平均最小保密率相比，各种基线方案。
2020-03-16 cs.IT eess.SP math.IT
Exact Average Consensus under Noisy Communication Links: A Decentralized Gradient Perspective
Linköping University（林雪平大学）
针对持续链路扰动下标准随机逼近迭代无法精确平均的问题，本文提出基于去中心化梯度的锚定机制，证明其几乎必然收敛到精确初始平均值，并给出统一框架与设计原则。
2026-09-24 cs.IT cs.SY eess.SY
Analytical Derivation of Outage Correlation in Random Media Access with Application to Average Consensus in Wireless Networks: Extended Paper Version
我们研究了一个有限的和固定的相对形成可能的移动无线网络节点。节点应用平均共识来商定一个共同的值，如编队的中心。在收敛速度方面的一致性性能受到由于路径损耗和干扰引起的消息损耗的影响。我们假设基于帧时隙ALOHA的广播通信。我们的工作有两个贡献。首先，我们分析了Nakagami衰落下无线网络中随机媒体接入的中断相关性。其次，将相关项应用到所谓的L2联合谱和数值半径中，分析了无线广播通信下平均一致性的收敛速度。这产生了一个统一的框架，研究联合优化的控制和网络参数的共识，在无线通信中的消息丢失。示例性的，我们在这项工作中示出了无线广播通信中的中断相关性与不相关情况下的共识相比，对平均共识的收敛速度有多大的积极影响。
2020-07-17 cs.IT cs.NI cs.SY
End-to-end interstellar communication system design for power efficiency
星际距离的无线电通信进行了研究，占噪音，色散，散射和运动。大的发射功率建议最大化功率效率（信息速率与平均信号功率的比率），而不是限制带宽。可靠通信的基本限制是确定的，并且不受载波频率、色散、散射或运动的影响。可用效率仅受噪声限制，而可用信息速率受噪声和可用平均功率限制。一组五个设计原则（在我们自己的技术能力范围内）可以渐近地接近基本极限;没有其他文明可以达到更高的效率。带宽可以以避免引起色散或散射损害的方式扩展。由此产生的节能信号具有与当前SETI目标非常不同的特性，相对于信息速率具有较宽的带宽，并且在时间和频率上具有稀疏的能量分布。研究了在给定的接收机观测时间下，无信息信标达到最低平均功率的问题。它们不需要具有宽带宽，但是随着平均功率减小，它们确实在时间上更稀疏地分配能量。信标和信息承载信号的发现进行了分析，最相似的方法，已在光学SETI。不需要处理来考虑除噪声之外的损伤。建立了大量观测与较低平均功率（包括由于较低信息速率）之间的直接统计折衷。当前搜索中的“假警报”是这些信号的特征签名。联合搜索信标和信息承载信号需要对目前的SETI模式识别方法进行直接修改。
2013-07-28 astro-ph.IM cs.IT math.IT
Novel Relations between the Ergodic Capacity and the Average Bit Error Rate
遍历容量和平均比特出错率已被广泛用于比较不同无线通信系统的性能。因此，最近的科学研究和研究揭示了基于这两个性能指标设计和实施无线技术的强大影响。然而，据我们所知，这两个业绩指标之间的直接联系还没有在文献中明确提出。在本文中，我们提出了新的遍历容量和平均比特出错率的整体通信系统使用二进制调制方案的信令与有限的带宽和广义衰落信道的操作之间的关系。更具体地说，我们表明，这两个性能指标可以表示在对方，而不需要知道确切的端到端的通信信道的统计特性。我们验证了我们新提出的关系的正确性和准确性，并通过考虑一些经典的例子说明了它们的有用性。
2012-01-05 cs.IT math.IT math.PR
Toward Fast Reliable Communication at Rates Near Capacity with Gaussian Noise
Yale University（耶鲁大学）；Barron Field, LLC（巴伦菲尔德有限责任公司）
针对加性高斯噪声信道中码字平均功率受限的情况，提出了稀疏叠加码和自适应逐次译码方法。码字是向量子集的线性组合，消息由子集的选择索引。提出了一种可行的译码算法。通信是可靠的错误概率指数小的香农容量以下的所有速率。
2010-06-19 cs.IT cs.LG math.IT
