通信网络的信息和能量同时无线传输技术研究及其波束成形设计

In this project, we first study theoretical models and robust optimization algorithms for simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) in wireless communication networks. Then optimization designs of physical-layer security, antenna selection and antenna subarray formation for SWIPT in wireless communication systems is also investigated. Finally,we focus on theoretical models and optimization designs for SWIPT in one/two way multi-antenna relay cooperative networks, aiming to characterize their rate-energy (R-E) region and to develop new and low-complexity optimization algorithms. With these studies, our ultimate goal is to provide the theoretical basis and technical support for the applications of SWIPT as well as propose new ways and means to solve the energy scarcity problem in wireless communication networks.

项目首先研究无线通信网络中信息和能量同时无线传输的理论模型及其稳健的优化算法，揭示信息和能量同时无线传输的机理；然后研究基于安全容量、天线选择以及天线子阵列形成的无线通信网络中信息和能量同时无线传输的优化设计理论模型和求解方法及其算法；最后研究多天线中继协作通信网络中信息和能量同时无线传输的理论模型及联合优化问题，导出单/双向中继系统的容量-能量区域，提出和建立复杂优化问题的求解新方法及其复杂度低的快速次优算法，从而为信息和能量同时无线传输技术的应用提供理论依据和技术支撑，为解决无线通信网络能量供给问题提供新的途径和方法。

信息和能量同时无线传输（亦称无线携能通信）技术融合无线能量传输和无线通信，解决无线通信网络中能量受限通信节点的能源供给问题，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。本项目首先研究了无线通信网络中信息和能量同时无线传输的理论模型及其系统优化设计方法，揭示了信息和能量同时无线传输的机理和链路级无线能量的高效传输机制，在此基础上研究了系统级无线携能通信优化设计问题，包括无线能量因果约束和干扰功率约束导致的双重相关性下的性能分析、基于Tomlinson-Harashima预编码的波束赋形优化、安全波束赋形优化和联合传输策略优化等；然后深入研究了基于安全容量、天线选择以及天线子阵列形成的无线通信网络中信息和能量同时无线传输的优化设计理论模型和求解方法及其算法；最后研究了多天线中继协作通信网络中信息和能量同时无线传输的理论模型及联合优化问题，提出和构建了复杂优化问题的求解新方法及其复杂度低的快速次优算法。本项目为信息和能量同时无线传输技术的应用提供了理论依据和技术支撑，为解决无线通信网络能量供给问题提供了新的途径和方法。