通过 MISO SWIPT 多播实现具个体 QoS 约束的能量可持续物联网

由于低功耗网络设备高数据通信需求的激增，能量可持续物联网（Internet of Things, IoT）的赋能技术至关重要。在本文中，我们考虑一个多输入单输出（Multiple Input Single Output, MISO）多播 IoT 系统，其包含一个多天线发射机（Transmitter, TX）同时向低功耗且渴求数据的 IoT 接收机（Receivers, RXs）传输信息与功率。假设每个 IoT 设备配备功率分割（Power Splitting, PS）硬件，该硬件支持能量收集（Energy Harvesting, EH）并对下行链路通信施加个体服务质量（Quality of Service, QoS）约束。我们研究所述 MISO 同步无线信息与功率传输（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer, SWIPT）多播 IoT 系统的 TX 预编码与 IoT PS 比的联合设计，目标是在满足各自 QoS 需求的同时最大化 IoT 中最小收集能量。在我们新颖的 EH 公平性最大化公式中，我们采用捕获实际整流操作的通用射频（Radio Frequency, RF）EH 模型，并由此导致非凸优化问题。对于该问题，我们首先给出等价的半定松弛公式，然后证明其具有唯一的全局最优性。我们还推导了全局最优解的紧上界与下界，并将其用于获得针对该联合设计的低复杂度算法实现。文中亦给出了最优 TX 波束成形方向、功率分配与 IoT PS 比的解析表达式。我们具代表性的数值结果（包括与基准设计的比较）证实了所提框架的实用性，并提供了关于关键系统参数相互作用的有益见解。