近最优能量缓冲辅助无线携能通信的性能分析

本文考虑一种无线携能通信系统，其中能量收集（EH）节点从接入点（AP）在下行链路（DL）广播的射频（RF）信号中收集能量。该节点将收集的能量存储在能量缓冲器中，并利用存储的能量在上行链路（UL）向AP传输数据。我们研究了EH节点的两种简单在线传输策略，即尽力而为策略（best-effort policy）和开关策略（on-off policy），它们不需要EH概况和信道状态知识。具体而言，对于两种策略，如果能量缓冲器中有足够能量，EH节点在每个时隙以恒定期望功率传输。否则，在尽力而为策略中节点以最大可能功率传输，而在开关策略中保持静默。对于两种策略，我们利用离散时间连续状态马尔可夫链理论分析了有限和无限大小能量缓冲器中存储能量的极限分布。针对Nakagami-m衰落DL信道，我们以闭合形式给出了该极限分布，并分析了Nakagami-m衰落UL信道的中断概率。所有推导的分析结果不仅限于通过RF WPT的EH，也适用于任何独立同分布的EH过程，例如源自太阳能和风能的过程。我们的结果表明，对于低中断概率，尽力而为策略优于开关策略，且使中断概率最小的EH节点最优恒定UL发射功率始终小于平均收集功率，但随能量缓冲器容量增大而增加。对于高中断概率则观察到相反行为。此外，我们表明所提两种策略的最小中断概率接近最优离线功率分配策略的中断概率。