• Journal of Communications and Networks
• /
• 제18권3호
• /
• pp.320-326
• /
• 2016

In existing literature on multiple-input multiple-output (MIMO) relaying communication systems, antenna selection is often implemented by maximizing the channel capacity or the output single-to-noise ratio (SNR). In this paper, we propose an energy-efficient low-complexity antenna selection scheme for MIMO relaying communication systems. The proposed algorithm is based on beamforming and maximizing the Frobenius norm to jointly optimize the transmit power, number of active antennas, and antenna subsets at the source, relaying and destination. We maximize the energy efficiency between the link of source to relay and the link of relay to destination to obtain the maximum energy efficiency of the system, subject to the SNR constraint. Compared to existing antenna selection methods forMIMO relaying communication systems, simulation results demonstrate that the proposed method can save more power in term of energy efficiency, while having lower computational complexity.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
• /
• 제9권5호
• /
• pp.1790-1806
• /
• 2015

Utility-based routing is a special type of routing approach using a composite utility metric when making routing decisions in ad hoc and sensor networks. Previous studies on the utility-based routing all use fixed retry limit and a very simple distance related energy model, which makes the utility maximization less efficient and the implementation separated from practice. In this paper, we refine the basic utility model by capturing the correlation of the transmit power, the retry limit, the link reliability and the energy cost. A routing algorithm based on the refined utility model with adaptive transmit power and retry limit allocation is proposed. With this algorithm, packets with different priorities will automatically receive utility-optimal delivery. The design of this algorithm is based on the observation that for a given benefit, there exists a utility-maximum route with optimal transmit power and retry limit allocated to intermediate forwarding nodes. Delivery along the utility-optimal route makes a good balance between the energy cost and the reliability according to the value of the packets. Both centralized algorithm and distributed implementations are discussed. Simulations prove the satisfying performance of the proposed algorithm.

• 한국위성정보통신학회논문지
• /
• 제11권2호
• /
• pp.55-59
• /
• 2016

기존 무선에너지 하비스팅시스템에서 유저는 하나의 Hybirid-AP (H-AP)로부터 에너지와 정보를 동시에 받았다. 하지만 무선에너지 하비스팅은 거리가 멀수록 감쇄가 심하기 때문에 H-AP에서 거리가 먼 유저들은 낮은 하비스팅 효율 가진다 (이중 근거리/원거리 문제). 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 논문은 Power beacon (PB)을 통해 유저에게 별도의 파워를 공급하는 비결합 무선에너지 하비스팅 네트워크를 시스템 모델로 사용하였다. 이 논문의 주된 목적은 다양한 제약 조건과 Quality of service (QoS), 그리고 Quality of harvested power (QoP)를 만족하면서 목적 함수인 Energy efficiency (EE)를 최대화 하는 것이다. 제안된 시스템은 라그랑지안 쌍대 분해법 이론을 기반으로 EE 최대화를 위한 최적의 시간 스케줄링 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘을 통해 프레임 분해 요소, H-AP의 송신파워, 그리고 PB의 송신파워의 최적 값과 EE의 최대값을 구할 수 있다. 모의 실험 결과는 제안된 알고리즘으로 파라미터가 최적 값으로 빠르게 수렴하고 제안된 모델의 성능이 기존의 시스템 모델보다 우수하다는 것을 증명한다.

• 전자공학회논문지
• /
• 제52권8호
• /
• pp.3-9
• /
• 2015

본 논문에서는 사용 가능한 최대 송신 전력과 만족해야 하는 최소 전송률에 대한 제한 조건 아래에서, maximal ratio transmission (MRT) 기법 사용 시 다중 사용자 다중 안테나 하향링크 시스템의 에너지 효율을 최대화하는 최적의 안테나 수와 송신 전력을 찾는 알고리즘을 제시한다. 순시 채널에 대한 최적화 문제는 직접 풀기 어려우므로 단말 간 채널의 독립성, 평균 채널 이득, 평균 path loss를 이용하여 근사한다. 근사된 에너지 효율에 대한 최적화 문제는 두 개의 변수를 동시에 고려해야 하는 2차원 최적화 문제가 된다. 우리는 이러한 2차원 최적화 문제를 라그랑지 승수법과 제안하는 알고리즘을 통하여 최적의 안테나 수와 송신 전력을 구한다. 실험을 통해, 제안하는 알고리즘으로 구한 최적의 송신 안테나 수와 송신 전력이 exhaustive search로 찾은 값과 근사함을 확인한다.

• Journal of Communications and Networks
• /
• 제18권3호
• /
• pp.340-350
• /
• 2016

The performance of large-scale cognitive radio (CR) networks with secondary users sustained by opportunistically harvesting radio-frequency (RF) energy from nearby primary transmissions is investigated. Using an advanced RF energy harvester, a secondary user is assumed to be able to collect ambient primary RF energy as long as it lies inside the harvesting zone of an active primary transmitter (PT). A variable power (VP) transmission mode is proposed, and an energy-based opportunistic spectrum access (OSA) strategy is considered, under which a secondary transmitter (ST) is allowed to transmit only if its harvested energy is larger than a predefined transmission threshold and it is outside the guard zones of all active PTs. The transmission probability of the STs is derived. The outage probabilities and the throughputs of the primary and the secondary networks, respectively, are characterized. Compared with prior work, the throughput can be increased by as much as 29%. The energy-based OSA strategy can be generally applied to a non-CR setup, where distributed power beacons (PBs) are deployed to power coexisting wireless signal transmitters (WSTs) in a wireless powered sensor network.

• 한국컴퓨터정보학회논문지
• /
• 제22권8호
• /
• pp.41-46
• /
• 2017

In this paper, we investigate the D2D Transmitter(Tx) and Receiver(Rx) pair assignment problem in the cellular system where D2D users share the uplink resource of the cellular system. Sharing the uplink resource of the cellular system may cause interference to the cellular system, though it is beneficial to improve the D2D user Capacity. Therefore, to protect the cellular users, D2D transmit power should be carefully controlled. In this work, we focus on optimal Tx-Rx assignment in such a way that the total transmit power of users is minimized. First, we consider the optimum Tx-Rx assignment in general and the corresponding complexity. Then, we propose an iterative D2D Tx-Rx assignment algorithm with low complexity that can minimize total transmit power of users. Finally, we present the numerical examples that show the complexity and the convergence to the unique transmit power level.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
• /
• 제9권1호
• /
• pp.260-279
• /
• 2015

In this paper, we investigate physical layer security for multiple decode-and-forward (DF) relaying underlay cognitive radio networks (CRNs) with fixed transmit power at the secondary network against passive eavesdropping attacks. We propose a simple relay selection scheme to improve wireless transmission security based on the instantaneous channel information of all legitimate users and the statistical information about the eavesdropper channels. The closed-form expressions of the probability of non-zero secrecy capacity and the secrecy outage probability (SOP) are derived over independent and non-identically distributed Rayleigh fading environments. Furthermore, we conduct the asymptotic analysis to evaluate the secrecy diversity order performance and prove that full diversity is achieved by using the proposed relay selection. Finally, numerical results are presented to verify the theoretical analysis and depict that primary interference constrain has a significant impact on the secure performance and a proper transmit power for the second transmitters is preferred to be energy-efficient and improve the secure performance.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제20권7호
• /
• pp.1249-1254
• /
• 2016

최근 들어서, Multi-User Massive MIMO 네트워크에서 하드웨어와 알고리즘 측면에서 복잡도를 낮추면서 높은 전송률을 얻을 수 있는 다양한 전송 안테나 선택 기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 차세대 이동통신 네트워크에서 에너지 소모량을 줄이기 위한 다양한 기술들에 대한 연구가 이루어지고 있다. 그래서, 본 논문에서는 Multi-User Massive MIMO 네트워크에서 낮은 계산 복잡도를 달성하면서 에너지 효율성을 높일 수 있는 전송 안테나 선택 기법을 연구하였다. 먼저, Brute-Force 탐색 기반의 최적 방식을 소개하고 최적 방식 대비 계산 복잡도를 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 안테나 선택 기법을 제안하였다. 안테나 수가 증가할수록 최적 방식의 복잡도는 지수적으로 증가하는 반면 제안 방식은 선형적으로 증가한다. 그럼에도 불구하고, 제안 방식과 모든 경우를 고려하는 최적 방식의 에너지 효율 성능 차이는 크지 않다.

• 한국통신학회논문지
• /
• 제40권10호
• /
• pp.1900-1911
• /
• 2015

본 논문에서는 무선 센서 네트워크 환경에서 전력의 제약이 있는 센서들의 장거리통신을 가능케 하는 backscatter 통신에 대해 소개하고, 이를 접목해 무선전력 통신네트워크(wireless-powered communication networks, WPCN)의 doubly near-far 문제를 해결하는 방안을 논의한다. Backscatter에 기반한 WPCN에서 유저들은 하이브리드 엑세스 지점으로부터 전송되는 신호와 반송파 송신기로부터 전송되는 반송파 신호로부터 에너지를 수집한 후, 주파수 편이 변조를 이용한 반송파 신호의 반사를 통해 정보를 전송하게 된다. 위의 통신환경에서 energy-free 조건과 신호대 잡음비 outage 영역을 정의한다. 또한 본 논문에서는 에너지 수집과 정보 전송을 위한 최적의 시간 할당 방법을 제안하고, 이를 통해 시스템 전체의 정보전송 효율을 최대화할 수 있는 backscatter 기반의 수집 후 전송 프로토콜을 설계한다. 실험결과를 통해 제안한 backscatter 기법이 종래의 WPCN에 비해 광범위한 서비스 영역과 축소된 신호대 잡음비 outage 영역을 갖는 것을 보였고, 정보전송 효율을 최대화할 수 있음을 보였다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
• /
• 제16권9호
• /
• pp.3172-3193
• /
• 2022

Cognitive radio-simultaneous wireless information and power transfer (CR-SWIPT) has attracted much interest since it can improve both the spectrum and energy efficiency of wireless networks. This paper focuses on the resource sharing between a point-to-point primary system (PRS) and a multiuser multi-antenna cellular cognitive radio system (CRS) containing a large number of cognitive users (CUs). The resource sharing optimization problem is formulated by jointly scheduling CUs and adjusting the transmit power at the cognitive base station (CBS). The effect of accessing CUs' spatial channel correlation on the possible transmit power of the CBS is investigated. Accordingly, we provide a low-complexity suboptimal approach termed the semi-correlated semi-orthogonal user selection (SC-SOUS) algorithm to enhance the spectrum efficiency. In the proposed algorithm, CUs that are highly correlated to the information decoding primary receiver (IPR) and mutually near orthogonal are selected for simultaneous transmission to reduce the interference to the IPR and increase the sum rate of the CRS. We further develop a spatial correlation-based resource sharing (SC-RS) strategy to improve energy sharing performance. CUs nearly orthogonal to the energy harvesting primary receiver (EPR) are chosen as candidates for user selection. Therefore, the EPR can harvest more energy from the CBS so that the energy utilization of the network can improve. Besides, zero-forcing precoding and power control are adopted to eliminate interference within the CRS and meet the transmit power constraints. Simulation results and analysis show that, compared with the existing CU selection methods, the proposed low-complex strategy can enhance both the achievable sum rate of the CRS and the energy sharing capability of the network.