博士论文开题报告.ppt

《博士论文开题报告.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《博士论文开题报告.ppt（34页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、绿色无线携能网络中继选择与绿色无线携能网络中继选择与物理层安全技术物理层安全技术杭州电子科技大学杭州电子科技大学 通信工程学院通信工程学院许许 晓晓 荣荣 2018年浙江省通信技术前沿论坛报告年浙江省通信技术前沿论坛报告12018年浙江省通信技术前沿论坛报告报告内容报告内容基于时隙切换的中继辅助信能同传协议设计基于时隙切换的中继辅助信能同传协议设计 报告内容概述报告内容概述SWIPT能效优先缓存队列机制最优中继选择方法能效优先缓存队列机制最优中继选择方法 保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法22018年浙江省通信技术前沿论坛报告报告内

2、容概述课题来源n浙江省自然科学基金一般项目浙江省自然科学基金一般项目“基于能量有效性的认知无基于能量有效性的认知无线网络协作传输方案与物理层安全策略研究线网络协作传输方案与物理层安全策略研究”（LY15F010008），），2015年年1月月-2017年年12月。（结题评审月。（结题评审优秀优秀，结题成果量化排名：处于，结题成果量化排名：处于前前10%区间，区间，结题成果入选结题成果入选2018年度省基金优秀成果汇编年度省基金优秀成果汇编）。）。n浙江省自然科学基金一般项目浙江省自然科学基金一般项目“绿色无线携能网络中继选择绿色无线携能网络中继选择与资源调度策略研究与资源调度策略研究”（拟立项

3、公示拟立项公示，申请编号：，申请编号：Y19F010036），），2019年年1月月-2021年年12月。月。n浙江省科协青年科技人才培育工程资助培养项目浙江省科协青年科技人才培育工程资助培养项目（2016YCGC009），），浙江省信号处理学会推荐浙江省信号处理学会推荐，2016年年8月月2019年年8月。月。n入选入选2017年度杭州电子科技大学年度杭州电子科技大学“优秀骨干教师支持计划优秀骨干教师支持计划”，2018年年-2023年。年。32018年浙江省通信技术前沿论坛报告绿色通信绿色通信能源短缺环境污染绿色通信42018年浙江省通信技术前沿论坛报告SWIPTSWIPT网络网络(1 1

4、/2)/2)无线携能通信无线携能通信（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT）SWIPT是将是将无线信息传输（无线信息传输（WIT）与与无线能量传输（无线能量传输（WPT）进行结合。进行结合。在在SWIPT网络中，若考虑网络中，若考虑平均功率约束平均功率约束，信息速率信息速率与与无线能量无线能量之间存在之间存在一定的一定的折衷折衷关系。关系。SWIPT网络中继选择网络中继选择必须尽可能在必须尽可能在信息传输信息传输与与能量收集能量收集之间达到之间达到平衡平衡。在时变干扰的窄带平坦衰落信道下，存在在时变干扰的窄带平坦衰

5、落信道下，存在SWIPT系统系统中断容量中断容量-能量能量联合联合域和域和速率速率-能量能量联合域。联合域。SWIPT接收机：接收机：时隙切换时隙切换（Time Switching,TS）结构、）结构、功率分割功率分割（Power Splitting,PS）结构。）结构。波束成型波束成型是是SWIPT中关键技术之一。中关键技术之一。在不要求额外带宽或发射功率的前提下，在不要求额外带宽或发射功率的前提下，波束成型波束成型可以有效提高可以有效提高SWIPT能效能效和和通信效率通信效率。传统信息传输的最佳中继未必是能量收集的最佳中继，因此传统信息传输的最佳中继未必是能量收集的最佳中继，因此携能为中继

6、选携能为中继选择方案的设计择方案的设计带来了新的带来了新的挑战挑战。52018年浙江省通信技术前沿论坛报告SWIPTSWIPT网络网络(2 2/2)/2)SWIPT网络缓存队列中继选择场景图网络缓存队列中继选择场景图 基于功率分割的基于功率分割的SWIPT中继接收机结构中继接收机结构 62018年浙江省通信技术前沿论坛报告 报告内容概述lSWIPT网络缓存队列中继选择网络缓存队列中继选择功率自适应功率自适应与与中继干扰消除中继干扰消除下的下的缓存队缓存队列机制列机制最优中继选择；最优中继选择；能效优先能效优先的的SWIPT中继节点选择中继节点选择方案；方案；能量有效性能量有效性与与传输可靠性传

7、输可靠性的折衷。的折衷。lSWIPT网络信息网络信息/能量协同传输与物能量协同传输与物理层安全理层安全基于基于时隙切换时隙切换结构的中继辅助结构的中继辅助信息信息/能量能量同传同传方案；方案；认知认知SWIPTSWIPT保障保障安全安全的的波束成型波束成型与与功率分功率分割因子割因子联合优化；联合优化；能量有效性能量有效性与与传输安全性传输安全性的折衷的折衷。无线携能网络中继选择物理层安全72018年浙江省通信技术前沿论坛报告报告内容报告内容基于时隙切换的中继辅助信能同传协议设计基于时隙切换的中继辅助信能同传协议设计 报告内容概述报告内容概述SWIPT能效优先缓存队列机制最优中继选择方法能效优

8、先缓存队列机制最优中继选择方法 保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法82018年浙江省通信技术前沿论坛报告功率自适应与中继干扰消除下的缓存队列机功率自适应与中继干扰消除下的缓存队列机制最优中继选择制最优中继选择能效优先的能效优先的SWIPT缓存队列机制中继节点缓存队列机制中继节点选择方案选择方案SWIPT网络能效优先缓存队列机制最优中继选择方法 SWIPT能效优先缓存队列机制最优中继能效优先缓存队列机制最优中继选择方法选择方法92018年浙江省通信技术前沿论坛报告功率自适应与中继干扰消除下的功率自适应与中继干扰消除下的缓存队列机制最优

9、中继选择（缓存队列机制最优中继选择（1 1/7/7）能效优先缓存队列中继选择系统模型能效优先缓存队列中继选择系统模型 根据最佳中继选择策略，选择出一根据最佳中继选择策略，选择出一对具有对具有信道增益最高信道增益最高、节点能耗最节点能耗最低低的最佳中继节点，即：的最佳中继节点，即：最优接收最优接收中继中继和和最优发送中继最优发送中继。按按先入先出（先入先出（FIFO）排队策略）排队策略将将存在存在中继缓存队列中的数据包中继缓存队列中的数据包进行进行编码后发送到目的节点。编码后发送到目的节点。基于基于ACK/NACK的的重传机制重传机制有效有效保证了目的节点正确接收到来自源保证了目的节点正确接收到

10、来自源节点的数据包。节点的数据包。在在一个时隙一个时隙内，簇首节点根据内，簇首节点根据信道信道链路状态链路状态和和中继缓存队列状态中继缓存队列状态，确，确定定最优接收中继最优接收中继和和最优发送中继最优发送中继，并且根据最佳中继选择算法，选择并且根据最佳中继选择算法，选择该该最佳中继节点对最佳中继节点对。以以全双工（全双工（FD）方式进行协作传方式进行协作传输，同时实现输，同时实现功率自适应功率自适应与与中继间中继间干扰消除干扰消除。102018年浙江省通信技术前沿论坛报告 考虑转发中继节点集合考虑转发中继节点集合 ，接收中继节点集合，接收中继节点集合 ，簇首，簇首节点根据中继节点信息选择一对

11、最佳中继。簇首节点从集合节点根据中继节点信息选择一对最佳中继。簇首节点从集合 选出选出队列队列状态状态 较小较小、信道增益较大的中继集合信道增益较大的中继集合 ，并从中选择出满足系统传，并从中选择出满足系统传输要求和输要求和信源发送功率最小信源发送功率最小的中继节点作为的中继节点作为最佳接收中继最佳接收中继 ；与此同时，从集合与此同时，从集合 中选出中选出队列状态队列状态 较大较大、信道增益较大信道增益较大的中继的中继集合集合 ，并从中选择出满足系统传输要求和，并从中选择出满足系统传输要求和所选中继发射功率最小所选中继发射功率最小的的中继节点作为中继节点作为最佳发送中继最佳发送中继 。n最佳接

12、收中继最佳接收中继 选择策略选择策略：功率自适应与中继干扰消除下的功率自适应与中继干扰消除下的缓存队列机制最优中继选择缓存队列机制最优中继选择（2 2/7/7）112018年浙江省通信技术前沿论坛报告n最佳发送中继最佳发送中继 选择策略选择策略：n信源信源和和最佳发送中继最佳发送中继的的最小发射功率最小发射功率分别为分别为：功率自适应与中继干扰消除下的功率自适应与中继干扰消除下的缓存队列机制最优中继选择缓存队列机制最优中继选择（3 3/7/7）122018年浙江省通信技术前沿论坛报告功率自适应与中继干扰消除下的功率自适应与中继干扰消除下的缓存队列机制最优中继选择缓存队列机制最优中继选择（4 4

13、/7/7）n若缓存队列若缓存队列 ，当发送功率，当发送功率 ，稳态中断概率稳态中断概率：n可达分集增益可达分集增益：n信源信源的的平均传输时延平均传输时延：n中继节点中继节点-目的节点目的节点之间的之间的平均传输时延平均传输时延：n系统系统的的平均传输时延平均传输时延：132018年浙江省通信技术前沿论坛报告功率自适应与中继干扰消除下的功率自适应与中继干扰消除下的缓存队列机制最优中继选择缓存队列机制最优中继选择（5 5/7/7）K=2,L=2的中的中继继系系统缓统缓存存队队列状列状态态状状态态S1S2S3S4S5S6S7S8S9000102101112202122 K=2,L=2的中继系统缓存

14、队列状态转移图和状态转移矩阵的中继系统缓存队列状态转移图和状态转移矩阵 142018年浙江省通信技术前沿论坛报告功率自适应与中继干扰消除下的功率自适应与中继干扰消除下的缓存队列机制最优中继选择缓存队列机制最优中继选择（6 6/7/7）当当K=2,L=2时，不同中继选择策略的中断概率分析时，不同中继选择策略的中断概率分析 当当K=2时，时，Buffer State策略与所提策略的中断性能比较策略与所提策略的中断性能比较 152018年浙江省通信技术前沿论坛报告功率自适应与中继干扰消除下的功率自适应与中继干扰消除下的缓存队列机制最优中继选择缓存队列机制最优中继选择（7 7/7/7）当当L=3时，不

15、同中继数情况下所提策略的中断性能时，不同中继数情况下所提策略的中断性能 不同中继选择策略的时延性能比较不同中继选择策略的时延性能比较 Xiaorong Xu,Liang Li,Yingbiao Yao,Xianyang Jiang,Sanqing Hu.“Energy-efficient buffer-aided optimal relay selection scheme with power adaptation and inter-relay interference cancellation”,KSII Transactions on Internet and Information

16、Systems,vol.10,no.11,pp.5343-5364,2016.162018年浙江省通信技术前沿论坛报告功率自适应与中继干扰消除下的缓存队列机功率自适应与中继干扰消除下的缓存队列机制最优中继选择制最优中继选择能效优先的能效优先的SWIPT缓存队列机制中继节点缓存队列机制中继节点选择方案选择方案SWIPT网络能效优先缓存队列机制最优中继选择方法 SWIPT能效优先缓存队列机制最优中继能效优先缓存队列机制最优中继选择方法选择方法172018年浙江省通信技术前沿论坛报告能效优先的能效优先的SWIPT缓存队列机制中继节点缓存队列机制中继节点选择选择方案（方案（1 1/3/3）基于功率分割

17、的基于功率分割的SWIPT中继信息中继信息-能量协同传输协议能量协同传输协议l 以以能效能效为目标的为目标的最佳接收最佳接收/转发中继选择转发中继选择策略：策略：182018年浙江省通信技术前沿论坛报告能效优先的能效优先的SWIPT缓存队列机制中继节点缓存队列机制中继节点选择方案选择方案（2 2/3/3）n系统能效系统能效：其中，其中，为为S-R链路的链路的最大频带利用率最大频带利用率，()为为S-R链路的链路的能耗能耗。功率分割因子对系统能效的影响功率分割因子对系统能效的影响 源发送功率对系统能效的影响源发送功率对系统能效的影响 192018年浙江省通信技术前沿论坛报告能效优先的能效优先的S

18、WIPT缓存队列机制中继节点缓存队列机制中继节点选择方案选择方案（3 3/3/3）功率分割因子对系统中断性能的影响功率分割因子对系统中断性能的影响 源发送功率对系统中断性能的影响源发送功率对系统中断性能的影响 当当缓存队列长度缓存队列长度 时，时，功率分割因子功率分割因子取值取值 下，所提中继选择方案下，所提中继选择方案最最小中断概率小中断概率低于低于基于功率分割的网络编码中继协议基于功率分割的网络编码中继协议方案。方案。洪鑫龙,许晓荣许晓荣,姚英彪.“无线携能通信中一种能效优先的缓存队列机制中继选择方案”,电信科学,vol.34,no.3,pp.67-75,2018.202018年浙江省通信

19、技术前沿论坛报告报告内容报告内容基于时隙切换的中继辅助信能同传协议设计基于时隙切换的中继辅助信能同传协议设计 报告内容概述报告内容概述SWIPT能效优先缓存队列机制最优中继选择方法能效优先缓存队列机制最优中继选择方法 保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法212018年浙江省通信技术前沿论坛报告基于时隙切换的中继辅助信能同传协议（基于时隙切换的中继辅助信能同传协议（1 1/4/4）基于时隙切换的中继辅助信能同传场景图基于时隙切换的中继辅助信能同传场景图 基于时隙切换的基于时隙切换的SWIPT中继接收机结构中继接收机结构 222018年浙

20、江省通信技术前沿论坛报告基于时隙切换的中继辅助信能同传协议（基于时隙切换的中继辅助信能同传协议（2 2/4/4）基于时隙切换的中继辅助信能同传协议时隙分配表基于时隙切换的中继辅助信能同传协议时隙分配表 中断概率中断概率：。其中，。其中，目的节点接收到目的节点接收到S1的的互信息互信息：其中，其中，S1-D直接链路直接链路SNR为：为：，S1-R-D链路链路SNR为：为：能效能效：其中，其中，为为 链路链路最大频带利用率最大频带利用率，为为 链路的链路的能耗能耗。232018年浙江省通信技术前沿论坛报告基于时隙切换的中继辅助信能同传协议（基于时隙切换的中继辅助信能同传协议（3 3/4/4）时隙切

21、换因子对时隙切换因子对SWIPT网络中断性能的影响网络中断性能的影响 S-R距离对距离对SWIPT网络中断性能的影响网络中断性能的影响 242018年浙江省通信技术前沿论坛报告基于时隙切换的中继辅助信能同传协议（基于时隙切换的中继辅助信能同传协议（4 4/4/4）能效与时隙切换因子关系能效与时隙切换因子关系 能效与源发送功率关系能效与源发送功率关系 洪鑫龙,许晓荣许晓荣,石振波.“无线携能网络中一种基于时隙切换的中继辅助信能同传协议”,信号处理,vol.35,no.1,2019.（已录用，2019年1月发表）252018年浙江省通信技术前沿论坛报告报告内容报告内容基于时隙切换的中继辅助信能同传

22、协议设计基于时隙切换的中继辅助信能同传协议设计 报告内容概述报告内容概述SWIPT能效优先缓存队列机制最优中继选择方法能效优先缓存队列机制最优中继选择方法 保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法262018年浙江省通信技术前沿论坛报告保障安全的波束成型向量与功率分割因子保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法（联合优化方法（1 1/7/7）认知认知SWIPT解码转发（解码转发（DF）中继网络场景与传输时隙图）中继网络场景与传输时隙图272018年浙江省通信技术前沿论坛报告保障安全的波束成型向量与功率分割因子保障安全的波束成型向量

23、与功率分割因子联合优化方法联合优化方法（2 2/7/7）n最佳最佳SWIPT中继中继Ro选择策略：选择策略：nRo接收信号用于接收信号用于信息传输信息传输：nRo接收信号用于接收信号用于能量收集能量收集：nRo收集的能量收集的能量：nRo接收接收SINR：nSD接收接收SINR：nEve窃听窃听来自来自SU与与最佳最佳SWIPT中继中继Ro的信息。的信息。Eve接收接收SINR分别为：分别为：282018年浙江省通信技术前沿论坛报告保障安全的波束成型向量与功率分割因子保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法联合优化方法（3 3/7/7）nSD可达安全速率可达安全速率：n联合设计联合设计

24、波束成型向量波束成型向量 与与功率分割因子功率分割因子 ，以，以最大化最大化SD可达安全速率可达安全速率：n采用采用半正定松弛（半正定松弛（SDR）方法求解方法求解P1问题，问题，P1等效为：等效为：292018年浙江省通信技术前沿论坛报告保障安全的波束成型向量与功率分割因子保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法联合优化方法（4 4/7/7）nP2分解为二个等效优化问题：分解为二个等效优化问题：nP4问题等效为：问题等效为：n定义：定义：，且，且 ，P4转转化为化为半正定规划（半正定规划（SDP）凸优化）凸优化问题：问题：n通过对通过对 进行进行奇异值分解（奇异值分解（EVD），得到

25、，得到最优波束成型向量最优波束成型向量 。302018年浙江省通信技术前沿论坛报告保障安全的波束成型向量与功率分割因子保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法联合优化方法（5 5/7/7）n通过通过一维搜索一维搜索数值求解得到数值求解得到最佳最佳 。n通过通过二分法二分法数值求解得到数值求解得到最佳最佳 。312018年浙江省通信技术前沿论坛报告保障安全的波束成型向量与功率分割因子保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法联合优化方法（6 6/7/7）功率分割因子与功率分割因子与SD可达安全速率的关系（可达安全速率的关系（）322018年浙江省通信技术前沿论坛报告保障安全的波束成

26、型向量与功率分割因子保障安全的波束成型向量与功率分割因子联合优化方法联合优化方法（7 7/7/7）SU发射功率与发射功率与SD可达安全速率的关系可达安全速率的关系SD发射人工噪声功率与发射人工噪声功率与SD可达安全速率的关系可达安全速率的关系Xiaorong Xu,Andi Hu,Yulong Zou,Wei Feng.“Joint beamforming and power splitting design for physical layer security in cognitive SWIPT decode-and-forward relay networks”,submitted to IEEE Transactions on Vehicular Technology,2018.332018年浙江省通信技术前沿论坛报告Q&A342018年浙江省通信技术前沿论坛报告