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空域同时无线信息与能量传输——水中月镜中花

已有 3810 次阅读 2015-4-13 15:47 |个人分类:专业相关|系统分类:科研笔记

最新的一期《IEEETransactions on Wireless Communications》(通信领域的顶级期刊)刚刚录用了一篇长文:

Timotheou, S.; Krikidis, I.; Karachontzitis, S.; Berberidis, K.,"Spatial Domain Simultaneous Information and Power Transfer for MIMOChannels," Wireless Communications, IEEE Transactions on , vol.PP, no.99,pp.1,1. doi: 10.1109/TWC.2015.2416721

 

(因为这篇文章的研究内容与我之前的一个想法直接相关,所以我特地关注了一下。)

 

这篇文章的作者来自塞浦路斯,在用凸优化设计Beamforming领域也算是小有名气。在此之前,我也曾拜读过他们与大牛Ottersten合作的一些文章。言归正传,这篇文章的核心思想是通过对MIMO信道进行SVD分解,然后利用凸优化设计在不同的特征子信道中如何传输信息或者传输无线能量【注】,即在特征空间中进行资源分配。乍一看,这个思想非常好,因为在现有文献通过时分(Timesplitting)或者功分(powersplitting)实现信息与能量的割裂之外,作者提出了一个新的域——空域,用来实现信息与能量的同时传输(见下图)。

 



这一思路,我早在一年前就考虑过,还写了一篇Letter投到了《IEEE Communications Letters》(结果悲剧)。我的思想其实比这篇文章更加超前,我将干扰对齐(interferencealignmentIA)SWIPT结合。具体地,在K-user MIMO interference channels中,传统的干扰对齐技术将各个发射端的干扰对齐到各个接收端的部分子空间中,然后,在剩下的无干扰接收子空间中来传递数据。我的那篇letter的核心思想就是:在干扰对齐的框架下,利用干扰子空间进行能量传输和收集,利用无干扰子空间进行信息传输和接收,从而实现一种新的SWIPT框架。这篇文章可以说思想非常新颖,3位审稿人对创新性也给出了高度的评价。不过,这篇文章最后还是被rejectedbut resubmission allowed。这是因为利用空域实现SWIPT有一个致命问题(这里引述一位审稿人的审稿意见):

I do not believe that this can be implemented in practical system. Note that ifyou want to harvest energy from the received signal, it must be in the RFdomain. But the IA (multiply the received signal by u_k) for informationdecoding is conducted in the digital domain. So for Fig. 1 in this letter,before ID and EH, although the signal at each receiver is divided into twoorthogonal parts, these two parts are in the digital domain already. Then howcan you harvest energy from this digital part? So I think the proposed schemeis not applicable. The authors need to justify it.

简而言之,就是,能量传输和收集要在RF域完成(通过整流二极管),而干扰对齐是在数字域基带完成,此时,干扰子空间中的数字信号不能用于能量采集。审稿人的说法是对的,我找了各种文献,也没有找到对基带空域实现SWIPT可行性的佐证,因而我也就没有resubmission。这个致命的问题同样存在于上面IEEE Transactions on Wireless Communication》那篇长文中。事实上,该文作者在论文中多次想“混淆视听”和“狡辩”,但是,这个本质上不可实现的问题仍然存在(不知道这篇文章怎么发出来的,或许有兴趣的读者可以借此学习一下如何应付审稿人的尖锐问题,哈哈)。

 

由此联想到,目前的通信研究领域陷入了瓶颈,有意义的研究少之又少,大部分Transactions文章都是先构想一个新场景,然后综合一些现有的研究方法和套路来拼工作量。由此导致的结果是未来的5G会有多少本质的创新,难道也只能是一些现有技术的综合吗?

 

通信,未来的路在何方?或许,只有到了量子通信,才能有所突破了。

 

注:同时无线信息与能量传输(SimultaneousWireless Information and Power Transfer, SWIPT)技术是近两年通信领域的研究热点,其最早由信息论领域的研究者提出,再由新加坡国立大学的RuiZhang将其发扬光大。




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