无线信息与能量同传系统资源分配：教程综述

在过去十年中，得益于低功耗电子技术和无线通信技术的显著进步，无线信息与能量同传（SWIPT）已成为连接和充电电池受限设备的一种实用且有前景的解决方案。为了实现其承诺的潜力，先进的资源分配设计在揭示、理解和利用射频信号双重用途（无线充电与通信）所固有的速率-能量权衡方面起着决定性作用。本文从资源分配设计的角度对SWIPT进行了全面的教程综述。我们介绍了基本概念、系统架构和射频能量采集（EH）模型。特别地，我们描述并讨论了三种常用的EH模型，即线性EH模型、非线性饱和EH模型和基于非线性电路的EH模型。然后，针对一个典型的无线系统设置，我们建立了一个广义的资源分配设计框架，该框架将传统的资源分配设计问题作为特例包含在内。随后，我们详细阐述了优化理论中的相关工具，并利用它们分别解决了在发射端具有完美信道状态信息（CSI）和不具有完美CSI的SWIPT系统中具有代表性的资源分配设计问题。我们还强调了相关的技术挑战和见解。此外，我们讨论了SWIPT系统资源分配设计与前沿通信技术（如智能反射面、无人机、移动边缘计算、联邦学习和机器学习）交织在一起的几个有前景且令人兴奋的未来研究方向。