无线能量传输供电的大规模MIMO系统的吞吐量优化

本文研究了一种由无线能量传输（WET）赋能的大规模多输入多输出（MIMO）系统（MM），该系统由一个混合数据与能量接入点（H-AP）和多个单天线用户组成。在WET-MM系统中，H-AP配备了大量$M$根天线，其功能类似于传统AP接收用户数据，但额外向用户提供无线电力。我们考虑基于帧的传输。每帧分为三个阶段：上行信道估计（CE）阶段、下行WET阶段以及上行无线信息传输（WIT）阶段。首先，用户使用部分先前收集的能量发送导频，而H-AP估计上行信道并通过信道互易性获得下行信道。接着，H-AP利用刚获得的信道估计通过能量波束成形在下行向所有用户传输无线能量。最后，用户使用部分收集的能量在上行同时向H-AP发送数据（保留部分收集的能量用于下一帧发送导频）。为优化吞吐量并确保速率公平性，我们考虑最大化所有用户中的最小速率问题。在大$M$区域，我们获得了渐近最优解以及WET-MM系统最优设计的一些有趣见解。我们定义了一个度量，即大规模MIMO速率增益度（MM-DoRG），作为渐近上行速率除以$\log(M)$的归一化值。我们表明，所提出的WET-MM系统在MM-DoRG方面是最优的，即它达到了与理想CE情况相同的MM-DoRG。