利用随机波束成形实现机会性能量收集的新型模式切换方案

由于无线电信号同时携带能量和信息，针对同时无线信息与功率传输（SWIPT）的统一研究近来在实现无线供电通信网络方面引起了极大关注。本文研究了一个多输入单输出（MISO）多播 SWIPT 网络，其中一个多天线发射机同时向多个单天线接收机发送公共信息，并在每个接收机处进行机会性无线能量收集。出于实际考虑，我们假设信道状态信息（CSI）仅在各自的接收机处已知，而在发射机处不可用。我们提出了一种用于 SWIPT 的新型接收机模式切换方案，该方案基于在多天线发射机处对传统随机波束成形技术的新应用，通过产生人工信道衰落，使得当接收功率超过特定阈值时，每个接收机处能够进行更高效的能量收集。针对所提出的方案，我们在 AWGN 和准静态衰落信道中研究了可达信息速率、收集的平均功率和/或功率中断概率，以及它们之间的各种折中。与不采用随机发射波束成形的周期性接收机模式切换参考方案相比，结果表明，当目标收集能量足够大时，所提出的方案能够实现更好的速率-能量折中。特别地，研究揭示出，对于所提出的方案，采用单个随机波束在发射功率趋近于无穷大时是渐近最优的，并且在有限发射功率下，对于大多数实际关注的高收集能量区间表现最佳，从而实现了一种极具吸引力的低复杂度实现。最后，我们比较了所提出方案在不同随机波束设计下的速率-能量性能。