Minimizing interference is the most desirable in conventional interference channels, but interfering signals can rather be exploited when information and power are transferred together. In simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) systems, transmission strategies should be devised by taking account for both information decoding and energy harvesting. Although the previous studies on SWIPT usually treat interference as noise (TIN), the efficiency of SWIPT can considerably be leveraged by interference decoding capability at receivers. To effectively exploit interference decoding capability, incorporating both rate splitting based on the Han-Kobayashi scheme and signal splitting based on a superposition of energy and information bearing signals, we propose a new transmission strategy for SWIPT in two-user symmetric Gaussian interference channel. We jointly optimize rate splitting ratio, signal splitting ratio, and power splitting ratio for each user to maximize the sum rate under energy harvesting constraints. In the strong interference condition, the solution to the formulated optimization problem is derived in closed form. We propose a simple algorithm to solve the problem in the weak interference condition. Interestingly, we reveal that the optimal splitting ratios are not always symmetric between users and present the corresponding sufficient conditions, while rate splitting ratio and transmit power symmetric between users are optimal in the conventional two-user symmetric interference channel without consideration of energy harvesting.
본 학위 논문은 대칭적 가우시안 간섭채널에서 정보 전송 및 전력 전송을 동시에 하는 기법(SWIPT)을 사용하였을 때, 전송량 합을 최대화하는 전송 전략에 대해 다루었다. 기존의 간섭채널에서는 간섭을 최소화하는 것이 중요했지만, 정보와 전력을 동시에 전송하는 환경에서는 간섭신호를 활용할 수가 있다. SWIPT 시스템에서는 정보 전송과 무선 충전을 동시에 고려한 전송 전략을 고안할 필요가 있음에도 불구하고, 지금까지 SWIPT 연구들은 간섭을 잡음으로 간주하는 기법(TIN)을 사용하였다; TIN은 일반적인 간섭채널에 최적화된 간섭제어 기법이 아니다. 따라서 본 논문은 간섭채널에서 최대 성능을 가지는 코딩으로 알려진 한-코바야시(HK) 기반 분할 기법과 에너지 신호를 활용한 새로운 전송 전략을 제안하였다.
제안한 전략을 사용하여 요구되는 충전 양을 만족하면서 정보전송량 합을 최대화하는 최적화 문제에 대해 연구하였다. 이 최적화 문제는 간섭의 크기가 큰 경우와 작은 경우 두 가지로 나누어진다. 간섭이 클 때, 최적의 분할 비율을 정확한 수식으로 구하였고 비율이 대칭적임을 밝혔다. 간섭이 작은 경우, 최적의 분할 비율을 찾는 알고리즘을 제안하였을 뿐 아니라, 기존의 간섭채널과는 다르게 SWIPT 간섭채널에서는 최적의 분할 비율이 비대칭적인 충분조건을 찾았다.
모의실험을 통해 간섭이 큰 경우 정확한 수식과 실험 결과가 일치하였고, 간섭이 작은 경우 특정 간섭환경에서 비대칭적 분할이 최적임을 확인할 수 있었다.
