16、高效无线信息与能量同步传输（SWIPT）的实现途径

高效无线信息与能量同步传输（SWIPT）的实现途径

1. 引言

在无线通信领域，无线信息与能量同步传输（SWIPT）技术具有重要意义。随着相关需求日益严格，系统的性能提升面临诸多挑战，例如高海拔平台（HAP）的发射能量消耗会增加。本文将探讨一些提升SWIPT系统性能的有效方法。

2. 波形优化

传统的高斯信号在纯无线信息传输（WIT）中是最优的，但在SWIPT系统中，由于射频 - 直流（RF - DC）转换效率与输入波形有关，因此需要设计高效的WET或SWIPT信号。
- 电路与信号建模
- 考虑简化的天线和整流电路，无损天线建模为与阻抗 $R_{ant}$ 串联的等效电压源 $v_s$，整流器输入阻抗为 $R_{in}$，由单个串联二极管和带负载的低通滤波器组成。
- 假设时刻 $t$ 入射到接收天线的射频信号 $y_{rf}(t)$ 平均功率为 $P_{rf}$，在完美匹配（$R_{in} = R_{ant}$）时，整流器输入电压 $v_{in}(t)$ 与接收信号关系为：$v_{in}(t) = y_{rf}(t)\sqrt{R_{ant}}$。
- 忽略二极管电阻（理想二极管），二极管电流 $i_d(t)$ 与二极管两端电压降 $v_d(t) = v_{in}(t) - v_{out}(t)$ 关系为：$i_d(t) = i_s\left(e^{\frac{v_d(t)}{\eta v_0}} - 1\right)$，其中 $i_s$ 是反向偏置饱和电流，$v_0$ 是热电压，$\eta$ 是理想因子。
- 负载的直流电流 $i_{out} = E[i_d(t)]$，收获的直流功率