11、多PB大规模无线能量传输技术解析

多PB大规模无线能量传输技术解析

1. 多天线能量波束成形

在实际应用中，功率信标（PB）通常为具备中到高信号处理能力的多天线设备。利用这些空间自由度，通过能量波束成形（EB）甚至无信道状态信息（CSI）的智能方案，可显著提升性能。假设每个PB配备M根天线，并采用全局（集中式）或局部（分布式）CSI进行EB。

1.1 集中式能量波束成形

在集中式方案中，每个PB需获取该区域内所有能量收集（EH）设备的信道CSI。设$h_{i,j} \in C^{M×1}$为第$j$个PB（$T_j$）的$M$根天线与第$i$个EH设备（$S_i$）之间的小尺度衰落信道系数，则$h’ {i,j} = \sqrt{\varrho {i,j}}h_{i,j}$为完整的CSI向量。这些信息会被转发到中央单元，由其管理系统的全局CSI。

中央单元按以下步骤计算每个PB的波束成形系数：
1. 将$h’ {i}$设为信道向量$h’ {i,1}, h’ {i,2}, \cdots, h’ {i,N’}$的垂直拼接。
2. 重新利用之前的优化框架，只需将$\varrho_{i} \leftarrow 1$，$h_{i} \leftarrow h’_{i}$（对于所有$i$），并注意此时天线数量变为$M \leftarrow M × N’$。

在理想条件下，即完美、即时且无成本的CSI获取，以及PB与中央单元之间的高容量控制信道，集中式EB可提供最佳性能。但在实际中，尤其是为大量低功率EH物联网设备服务时，这些理想条件难以满足，从而为分布式实现创造了条件。

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