• 한국통신학회논문지
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• 제40권8호
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• pp.1560-1566
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• 2015

차세대 무선 통신 시스템에서는 효율적인 전력 사용을 위해서 서비스를 받지 않는 수신기는 송신기로부터 전송되는 신호를 이용하여 전력을 획득할 수 있는 환경을 고려하고 있다. 본 논문에서는 최적화 기법을 이용하여 시스템의 총 데이터 전송률과 전력 획득량을 동시에 최대화할 수 있는 서브 채널 및 파워 할당 기법을 제안한다. 시뮬레이션을 통하여 제안 기법은 시스템의 총 데이터 전송률과 전력 획득량을 균형있게 증가시킴을 보였다. 특히, 제안 기법은 기존 기법에 비해 미미한 데이터 전송률 저하를 보이지만 전력 획득량은 크게 증가시켜 효율적인 전력 사용을 가능하게 함을 보였다.

• ETRI Journal
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• 제36권5호
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• pp.808-818
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• 2014

To deal with the major challenges of embedded sensor networks, we consider the use of magnetic fields as a means of reliably transferring both information and power to embedded sensors. We focus on a power allocation strategy for an orthogonal frequency-division multiplexing system to maximize the transferred power under the required information capacity and total available power constraints. First, we consider the case of a co-receiver, where information and power can be extracted from the same signal. In this case, we find an optimal power allocation (OPA) and provide the upper bound of achievable transferred power and capacity pairs. However, the exact calculation of the OPA is computationally complex. Thus, we propose a low-complexity power reallocation algorithm. For practical consideration, we consider the case of a separated receiver (where information and power are transferred separately through different resources) and propose two heuristic power allocation algorithms. Through simulations using the Agilent Advanced Design System and Ansoft High Frequency Structure Simulator, we validate the magnetic-inductive channel characteristic. In addition, we show the performances of the proposed algorithms by providing achievable ${\eta}$-C regions.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.917-922
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• 2016

RF신호로부터 전력을 수집하는 에너지 하베스팅 기술은 센서의 전원 공급 문제를 해결함으로써 네트워크의 수명을 향상시킬 수 있는 방안으로 최근 큰 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 무선 정보 및 전력 동시 전송을 위한 효율적인 알고리즘을 제안하고자 한다. 먼저, 에너지 하베스팅 네트워크에서 채널의 probability density function을 이용하여 water-level의 하계값을 찾은 후, 이를 기반으로 파워 할당 해를 도출한다. 또한, 최소 필요 획득 에너지 조건을 효율적으로 만족시켜줄 수 있는 파워 분할 방안을 제안하였다. 시뮬레이션을 통해 제안 방안은 기존 방안에 비해 최소 필요 획득 에너지 조건을 보장하면서 평균 데이터 전송률을 향상시키고, 최적해에 비해서는 10% 미만의 미미한 성능 저하가 있었지만 계산 복잡도를 현저히 줄일 수 있음을 보인다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제16권4호
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• pp.605-610
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• 2021

현재까지 알려진 무선충전 방식 중에서 장거리에서 가장 효율이 좋은 방식은 레이저를 이용한 방식이다. 여기에 레이저를 이용한 무선통신 기술을 결합한다면 다양한 분야에 활용이 가능할 것이다. 이에 본 논문에서는 레이저를 이용한 무선충전 및 무선통신의 동시전송 기술에 관하여 연구하고 이에 대한 실험 결과를 보인다. 이 기술은 광 무선충전을 위해서 송신부에 전/광 변환을 위한 레이저 광원을 사용하고 수신부에는 광/전 변환을 위한 태양전지를 사용한다. 또한, 광 무선통신을 위해 해당 레이저 광신호에 반송파를 이용하여 신호를 송신하는 방식이다. 본 논문에서는 실험을 통해 100 mW 레이저 송신부와 태양전지 수신부를 이용하여 광 무선충전은 1.9 %의 DC-to-DC 효율을 보였으며, 무선 광통신은 전송거리가 15 m일때 최대 90 kbps의 전송속도를 보였다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제10권9호
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• pp.4223-4239
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• 2016

In this paper, we consider an amplify-and-forward (AF) full-duplex relay network (FDRN) using simultaneous wireless information and power transfer, where a battery-free relay node harvests energy from the received radio frequency (RF) signals from a source node and uses the harvested energy to forward the source information to destination node. The time-switching relaying (TSR) protocol is studied, with the assumption that the channel state information (CSI) at the relay node is imperfect. We deliver a rigorous analysis of the outage probability of the proposed system. Based on the outage probability expressions, the optimal time switching factor are obtained via the numerical search method. The simulation and numerical results provide practical insights into the effect of various system parameters, such as the time switching factor, the noise power, the energy harvesting efficiency, and the channel estimation error on the performance of this network. It is also observed that for the imperfect CSI case, the proposed scheme still can provide acceptable outage performance given that the channel estimation error is bounded in a permissible interval.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제19권5호
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• pp.55-62
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• 2019

본 논문에서는 K 사용자 MIMO 간섭 채널을 고려하였으며, 정보와 전력을 동시에 전송하는 SWIPT 시스템을 위한 송수신기 설계 방법에 대해서 다룬다. 그리고, 정보 수신 장치와 전력 수확 장치가 같은 수신기에 존재하는 SWIPT 시스템을 고려한다. 제안하는 방식에서는 신호대 누수 잡음비 (SLNR)를 비용 함수로 사용하고, 수확 전력에 대한 임계값을 만족하도록 송수신기를 설계한다. 즉, 수확 전력에 대한 제약 조건 하에서, SLNR을 최대화시키도록 송신단 프리코딩 벡터, 수신단 검파기 벡터, 전력 분배 상수를 동시에 설계한다. 컴퓨터 모의실험을 통하여, 제안하는 기법과 기존 기법의 신호 대 간섭 잡음비 (SINR) 성능을 비교하였다. 사용자 수, 송신 안테나 개수, 수신 안테나 개수 간의 특별한 제약 조건을 만족하는 경우, 제안하는 기법은 낮은 SNR에서 기존 기법보다 우수한 SINR 성능을 나타낸다는 것을 보였다. 또한, 특별한 제약 조건을 만족하지 못하는 경우에는, 제안 기법이 모든 SNR 범위에 대해서 기존 기법보다 더 우수한 성능을 나타낸다는 것을 보였다.

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

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제11권6호
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• pp.3012-3028
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• 2017

In this paper, we propose a joint power control strategy for both the uplink and downlink transmission by considering the energy requirements of the user equipments' uplink data transmissions in data and energy integrated communication networks (DEINs). In DEINs, the base station (BS) adopts the power splitting (PS) aided simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) technique in the downlink (DL) transmissions, while the user equipments (UEs) carry out their own uplink (UL) transmissions by exploiting the energy harvested during the BS's DL transmissions. In our DEIN model, there are M UEs served by the BS in order to fulfil both of their DL and UL transmissions. The orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) technique is adopted for supporting the simultaneous transmissions of multiple UEs. Furthermore, a transmission frame is divided into N time slots in the medium access control (MAC) layer. The mathematical model is established for maximizing the sum-throughput of the UEs' DL transmissions and for ensuring their fairness during a single transmission frame T, respectively. In order to achieve these goals, in each transmission frame T, we optimally allocate the BS's power for each subcarrier and the PS factor for each UE during a specific time slot. The original optimisation problems are transformed into convex forms, which can be perfectly solved by convex optimisation theories. Our numerical results compare the optimal results by conceiving the objective of maximising the sum-throughput and those by conceiving the objective of maximising the fair-throughput. Furthermore, our numerical results also reveal the inherent tradeoff between the DL and the UL transmissions.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제17권8호
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• pp.2170-2187
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• 2023

The general interference is the imperative trouble for simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) system. Although interference has bad influences on the performance of the system, it carries energy simultaneously. In this paper, the energy-constrained relay of the SWIPT system needs to spend much time on energy collecting (EC) in the information transmission (IT) period. Therefore, we propose the scheme of interference signal energy collecting (ISEC) when the interference is strong, and the SWIPT system does not carry out IT. The relay of the system continues to collect energy and stores it until the interference has minimal impact on IT. Then the system performs IT. We divide the collected interference energy equally into several parts, and each IT block receives one part. The proposed scheme is appealing because it can reduce the time of EC in IT period to make the relay spends more time forwarding the received signal in order to improve the performance of the system throughput. Furthermore, we propose a time-switching (TS) protocol based on EC at the relay. And it allows the relay forwarding signal at an appropriate power. Under the protocol, the time of EC can be flexible according to the forwarding power that we give so that the collected energy can be used more efficiently. We give the expressions of the system throughput according to the proposed scheme and protocol. Moreover, the influence of the interference power on the system throughput is also studied.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제20권7호
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• pp.1277-1282
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• 2016

차세대 무선 통신 시스템에서는 RF 에너지 하베스팅 기술을 이용하여 센서의 전원 부족 문제를 해결하고자 한다. 본 논문에서는 채널 추정 오차가 존재하는 에너지 하베스팅 네트워크에서 무선 정보 및 전력 동시 전송을 위한 효율적인 알고리즘을 제안하고자 한다. 먼저, 1차원의 완전 검색을 통해 최적의 채널 추정 주기를 찾은 후, MMSE 채널 추정기를 이용하여 채널을 추정한다. 추정된 채널 값을 기반으로, 최소 필요 획득 에너지 조건을 만족시켜주면서 데이터 전송률을 최대화할 수 있는 파워 할당 및 분할 방안을 제안하였다. 시뮬레이션을 통해 제안 방안은 완벽한 채널 추정을 가정한 최적 방안에 비해 10% 미만의 성능 저하가 있었지만, 기존 방안과 비교할 시에는 데이터 전송률을 20% 이상 향상시킴을 확인 하였다.