具有非线性能量收集器的多用户 MIMO WPT 系统的最优发射策略
信息论
2021-05-12 v1 math.IT
摘要
在本文中，我们研究多用户多天线无线能量传输(WPT)系统，其中能量收集(EH)节点上的每个天线连接到一个专用的非线性整流器。我们提出一种最优发射策略，在发射机功率预算约束下最大化 EH 节点平均收集功率的加权和。首先，对于多输入单输出(MISO) WPT 系统，我们证明使用最大比传输(MRT)波束成形，以任意相位和幅度发射标量符号是最优的，其概率密度函数(pdf)至多有两个质量点。然后，我们证明对于单输入多输出(SIMO) WPT 系统，最优发射符号幅度是离散随机变量，其 pdf 同样不超过两个质量点。对于通用的多用户 MIMO WPT 系统，我们证明最优发射策略涉及具有任意相位的标量单位范数符号和至多两个波束成形向量。为了确定这些向量，我们建立一个非凸优化问题并基于单调优化获得最优解。由于最优解的计算复杂度高，我们还提出一种低复杂度迭代算法以获得次优解，其性能接近最优。我们的仿真结果表明，所提出的多用户 MIMO WPT 系统发射策略优于两种基线方案，它们分别基于线性 EH 模型和单一波束成形向量。对于给定的发射功率预算，我们显示当增加发射天线数时收集功率会饱和。最后，我们观察到多个 EH 节点所张成的收集功率区域是凸的，且在一个 EH 节点收集的功率可换取其他节点更高的收集功率。
引用
@article{arxiv.2105.04833,
title = {Optimal Transmit Strategy for Multi-user MIMO WPT Systems With Non-linear Energy Harvesters},
author = {Nikita Shanin and Laura Cottatellucci and Robert Schober},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.04833},
year = {2021}
}
备注
30 pages, 6 figures, submitted for possible journal publication. arXiv admin note: text overlap with arXiv:2103.13802, arXiv:2104.09084