基于马尔可夫决策过程的 SWIPT 系统设计：非线性能量收集电路、记忆效应与阻抗失配
信息论
2020-11-02 v2 信号处理
math.IT
摘要
本文研究采用实际非线性能量收集（EH）电路的同时无线信息与功率传输（SWIPT）系统。由于实际 EH 电路中电抗元件两端的电压不能瞬时下降或上升，EH 具有记忆效应，我们采用马尔可夫决策过程（MDP）对其建模。此外，由于无法给出能精确刻画所有非线性效应及 EH 不可避免的阻抗失配的可解析模型，我们提出了一种基于学习的 EH 电路模型。我们在发射机（TX）与信息接收机（IR）之间最小互信息约束下，优化输入信号分布以最大化收集功率。我们区分了 TX 与 IR 已知和未知 MDP 状态两种情况。当 MDP 状态已知时，所建立的收集功率优化问题是凸的。相反，若 TX 与 IR 未知 MDP 状态，所得优化问题为非凸，并通过交替优化求解，证明该方法可得到问题的极限点。仿真结果表明，所考虑 SWIPT 系统的速率-功率区域依赖于符号持续时间、EH 输入功率水平、EH 阻抗失配以及 EH 电路类型。特别地，较短的符号持续时间可实现更高比特率，但代价是平均收集功率显著下降。此外，在输入功率较低和中等区间，半波整流器优于全波整流器；若 EH 输入功率较高，则全波整流器更优。
引用
@article{arxiv.2004.03429,
title = {Markov Decision Process Based Design of SWIPT Systems: Non-linear EH Circuits, Memory, and Impedance Mismatch},
author = {Nikita Shanin and Laura Cottatellucci and Robert Schober},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.03429},
year = {2020}
}
备注
16 pages, 8 figures, 2 Tables, accepted for publication IEEE Transactions on Communications, DOI 10.1109/TCOMM.2020.3034359