无线能量传输-能量接收机的非线性接收模型（一）

Date: 2022.04.22 17:07
Author: Joffrey LC

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Practical Non-Linear Energy Harvesting Model and Resource Allocation for SWIPT Systems. Elena Boshkovska et.al. IEEE Communications Letters, Dec. 2015 (pdf) (Citations 551)

Quick Overview

• 提出Energy Harvesting Model 是 non-linear的，并给出模型（需要根据具体测量值，拟合得到具体参数）
• 给出一种双重循环的快速解决方案（这部分简单看了一下）

如果噪声是矩阵形式，应该表示为$\textbf{n}\sim\mathcal{CN}(\textbf{0},\sigma^2\textbf{I})$，其中$\sigma^2$表示噪声的功率

主要内容

Energy Harvesting Model

Proposed a Non- Linear EH model based on the logistic (sigmoid) function:

$$\begin{aligned} \Phi_{\mathrm{ER}_{j}}^{\text {Practical }} &=\frac{\left[\Psi_{\mathrm{ER}_{j}}^{\text {Practical }}-M_{j} \Omega_{j}\right]}{1-\Omega_{j}}, \Omega_{j}=\frac{1}{1+\exp \left(a_{j} b_{j}\right)} \\ \Psi_{\mathrm{ER}_{j}}^{\text {Practical }} &=\frac{M_{j}}{1+\exp \left(-a_{j}\left(P_{\mathrm{ER}_{j}}-b_{j}\right)\right)} \end{aligned}$$

其中，$\Phi_{\mathrm{ER}_{j}}^{\text {Practical }}$代表$j$-th ER 接受到的总能量；$\Psi_{\mathrm{ER}_{j}}^{\text {Practical }}$代表logistic function with respect to the receive RF power $P_{\mathrm{ER}_{j}}$。其他参数例如$$a_j,b_j,M_j$$都是通过对实际电路模型的测量值进行拟合得到

并且由于$\Omega_j$并不影响$\textbf{w}$的设计，所以一般采用$\Psi_{\mathrm{ER}_{j}}^{\text {Practical }}$表示接收到的能量。有典型值^[1]：

$$M_j=20\text{mW},a_j=6400,b_j=0.003$$

双循环解法

原始问题建模：

C1：功率约束

C2：SINR约束

Proposal 流程

另外有一个重要理论（没有证明）：

Result

• Harvested Energy 随着Minimum required SINR 增大而减小
• Harvested Energy 随着单个ER的天线数量$N_T$的增大而增大：因为更多的天线带来更高的自由度，会得到更高效的资源分配方案

• Harvested Energy 随着ERs数量增大而增大，而且性能增益（Performance Gap between Non-Linear Model with Linear Model）增大：因为ERs数量增大，Baseline（Performance with Linear Model）的失配（mismatch）更严重

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1. T. Le, K. Mayaram and T. Fiez, “Efficient Far-Field Radio Frequency Energy Harvesting for Passively Powered Sensor Networks,” in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 43, no. 5, pp. 1287-1302, May 2008, doi: 10.1109/JSSC.2008.920318. ↩ ↩