大规模无线能量传输综述（能量信道CSI-Free）

Massive Wireless Energy Transfer: Enabling Sustainable IoT Toward 6G Era. Onel L. A. López et.al. IEEE Internet of Things Journal, June1, 1 2021 (pdf) (Citations 18)

缩写说明

  • DASs: Distributed Antenna Systems

Quick Overview

WIT和WET结构

WET系统结构：WIT和WET/WPT自然而然的会在一起考虑。

BS和PB实现WIT和WET

并且由于WET的路径损耗大，对功率要求高，所以得需要BS+PB才能达到到WIT Zone范围左右的WET Zone

WET和WIT的两种实现结构

设计WIT和WET发射机的两种形式，In-band 和Out-of-band。一般选择In-Band。其实就是时分复用和频分复用。

(a)多天线单PB (b)多PBs单天线 (c)多天线多PBs

在只考虑WET的情况下，上图(a)表示一个PB带有M个天线；(b)表示分布式天线，即一个PB只有一根天线，共M个PBs；下方表示的DAS和EB结合的模式，即4个/8个PBs，每个M/4||||M/8根天线。

实验结果如图：

不同结构性能对比

  • Single PB (EB): A PB located at the circle center equipped with M antennas.

  • Single-Antenna PBs (DAS): M single-antenna PBs random and uniformly distributed in the area.

  • Single-Antenna PBs (Optimized DAS –oDAS): Similar to the single-antenna PBs deployment but the PBs’ locations are set using the well-known K-means clustering algorithm [60].

  • Four PBs (EB+oDAS): Four PBs, each equipped with M/4 antennas, are deployed and their locations are set using the K-means clustering algorithm.

  • Eight PBs (EB+oDAS): Eight PBs, each equipped with M/8 antennas, are deployed and their locations are set using the K-means clustering algorithm.

结论：

  1. 没有位置优化（k-means 聚类）的DAS最差，甚至不如单个在圆心的结构
  2. 位置优化能够给DAS带来巨大的性能提升
  3. DAS+EB的效果更好

分四个部分：

Partial CSI-Based EB/Statistical CSI

统计CSI，不是瞬时的

  • 在大时间内变化， 而不需要频繁更新。
  • 有限CSI采集开销和能量消耗得到。
  • 更不容易出错（统计的）

QUESTION：

  • 什么叫做信道的一阶统计信息、二阶统计信息（例如协方差矩阵）？？

CSI-Free

不需要CSI，具体有三种算法

由图可知，APS-EMW和AA-IS/SA策略的物联网节点接收能量都比较发散（均匀）。而AA-SS的两种优化形式都比较具有方向性。

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从下图可以看到，APS-EMW的低能量区域比较大，说明它只适用于一些低能量要求的场景。SA是这几种方案中，唯一一种只需要单射频发射链路的，其结构最简单。

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Positioning-Based

在CSI-Free的基础上，通过位置信息，旋转PB的天线以获得更好的性能

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节点空域角度聚类，再进行天线旋转传输能量。AA-SS两种方案都从旋转角度中受益。

Hybrid

混合模式，结合Perfect CSI、Limit CSI、CSI-free、Positioning-Based EB等。例如在IoT设备电量较低时先通过CSI-Free传输能量，电量得到补充后，可以传输导频，再使用perfect CSI等。