信息与能量同时传输的多用户系统能效理论及优化方法

Green radio has been an important research topic under the pressure of energy crisis and environmental pollution. Besides energy saving, efficient utilization of new energy sources is also an important way to realize green radio. As a potential green energy source, radio signal can be used to simultaneously transmit information and power. Therefore, it is of great importance to investigate the communication system with the capability of simultaneous wireless information and power transfer (named SWIPT system) and its energy-efficient transmission technology. In this project, by using some advanced theoretical tools like information theory and convex optimization, etc, we will perform analysis on the energy efficiency of the multi-user SWIPT system, and study its energy-efficient transmission theory. Specifically, we will study 1) the impact factors and the theoretical limit of the system energy efficiency; 2) energy-efficient channel access mechanism and transmission strategy; 3) robust and energy-efficient transmission strategy under imperfect channel state information. This project aims to provide transmission theory for the multi-user SWIPT system and greatly increase its energy efficiency.

为了应对能源危机和环境污染问题，发展绿色通信技术是当前通信界的一个重要课题。除了降低通信能耗，对新能源的有效利用也是实现绿色通信的重要一环。作为一种潜在的绿色能源，无线电波可以用来同时传输信息与能量。因此，有必要研究信息与能量同时传输的无线通信系统（简称为无线信能同传系统）及其高能效传输理论。本课题将利用信息论与凸优化等理论工具，针对多用户信能同传系统，开展系统能效的理论分析及高能效传输理论研究，具体包括：1）系统能效的成因关系及理论极限；2）高能效的接入机制与传输策略；3）非理想信道情况下的高能效鲁棒传输策略。本课题将在多用户信能同传系统高能效传输理论方面取得一些突破，使多用户信能同传系统的能量效率得到大幅度提高。

为了应对能源危机和环境污染问题，发展绿色通信技术是当前通信界的一个重要课题。除了降低通信能耗，对新能源的有效利用也是实现绿色通信的重要一环。作为一种潜在的绿色能源，无线电波可以用来同时传输信息与能量。因此，有必要研究信息与能量同时传输的无线通信系统（简称为无线信能同传系统）及其高效能传输关键技术与方法。本项目以信息理论和数学优化理论为主要基础和重要手段，针对基于功率分裂型接收机的多用户无线信能同传系统，研究提升系统效能的最优传输策略与资源分配方法.具体地,主要完成了以下研究内容：. 1) 多用户信能同传系统能效建模与基于能效优化的联合收发机设计方法与理论. 2) 多用户信能同传系统基于功率最小化的的联合收发机设计方法与理论. 3) 多用户信能同传系统联合收发机优化方法与分布式算法设计. 4) 非理想信道下多用户信能同传系统联合收发机设计方法与理论. 5) 面向物理层安全的无线信能同传系统优化设计方法与理论.通过本项目的研究，项目组已经针对多用户信能同传系统探索出一些具有创新性的收发机设计方法与思路，在国际上引得广泛关注，从而有效推动了这一领域的研究向前发展，研究结果可为将来实际应用提供技术支撑。截至目前，课题组已经在国际通信及信号处理领域权威期刊（如IEEE Transactions on Signal Processing、IEEE Tansactions on Wireless Communications、IEEE Transactions on Communications等）上发表论文12篇（其中第一作者或通信作者论文9篇），包括IEEE TSP 5篇，TWC 4篇，TCOM 1篇， TVT 1篇，WCL 1篇; 论文被他引近200次，SCI他引近70次，一篇论文入选ESI高被引论文（google citation 125次）；同时在国际通信与信号处理主流会议IEEE ICASSP等上发表论文4篇。在本项目的资助下，3位本科生获得浙江理工大学百篇优秀本科毕业设计论文奖，1位研究生拿到了国家奖学金并获得浙江理工大学优秀硕士论文奖。另外，由于负责人取得了具有广泛国际影响的研究成果，他于2017年获邀成为顶级期刊IEEE TSP编委。