面向含非线性能量收集电路多用户 MISO WPCN 的最优能量信号设计

本文研究了一种多用户无线携能通信网络（WPCN），其中多天线基站（BS）向多个配备非线性能量收集（EH）电路的单天线用户发送能量信号。用户转而从中继信号收集能量，并用于上行链路的信息传输。此外，为联合优化能量信号波形与下行波束赋形，我们假设基站广播采用多个能量信号向量的脉冲调制信号。我们针对下行发射能量信号向量及其数量、发射脉冲持续时间以及时间分配策略的联合设计，建立了一个以最小化基站平均发射功率为目标的优化问题。我们证明，对于单用户 WPCN，一个与最大比传输（MRT）向量共线并使终端设备 EH 电路进入饱和状态的单一能量信号向量是最优的。接着，针对一般多用户情形，我们证明最优信号设计所需的最大能量信号向量数量比用户数多一个，并提出一种算法以获得最优能量信号向量。由于最优设计的复杂度较高，我们还提出了两种用于 WPCN 设计的次优方案。首先，对于渐近大规模 WPCN（即用户数与基站天线数之比，亦即系统负载，趋于零的情形），我们证明最优下行发射信号可闭式求得，并由 MRT 向量的加权和序列构成。其次，基于该结果，针对具有有限系统负载的一般 WPCN，我们提出了一种次优闭式基于 MRT 的设计和一种次优半定松弛（SDR）方案。