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计算机科学 > 信息论

arXiv:2505.02806 (cs)
[提交于 2025年5月5日 (v1) ,最后修订 2025年5月7日 (此版本, v2)]

标题: 无蜂窝大规模MIMO辅助的物联网网络SWIPT技术

标题: Cell-Free Massive MIMO-Assisted SWIPT for IoT Networks

Authors:Mohammadali Mohammadi, Le-Nam Tran, Zahra Mobini, Hien Quoc Ngo, Michail Matthaiou
摘要: 本文研究了支撑物联网(IoT)网络中信息用户(IU)和能量用户(EU)同时无线信息和能量传输(SWIPT)的无蜂窝大规模多输入多输出(CF-mMIMO)系统。 我们提出了一种联合接入点(AP)运行模式选择和功率控制设计方案,在该方案中,某些AP被指定用于向EUs传输能量,而其他AP则专门用于向IUs传输信息。 从频谱效率(SE)和能量效率(EE)的角度对系统的性能进行了全面分析。 具体来说,我们在实际的功率消耗模型下,并在每个IU的最小个体SE要求、每个EU的最小HE要求以及每个AP的最大发射功率的约束条件下,提出了两个混合整数非凸优化问题以最大化平均总SE和EE。 这些具有挑战性的优化问题使用连续凸逼近(SCA)技术来解决。 所提出的框架设计进一步应用于平均总HE最大化和能量收集公平性问题。 我们的数值结果表明,所提出的联合AP运行模式选择和功率控制算法可以实现高达$4$倍和$5$倍的EE性能提升,分别对应于有和没有功率控制的情况。
摘要: This paper studies cell-free massive multiple-input multiple-output (CF-mMIMO) systems that underpin simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) for separate information users (IUs) and energy users (EUs) in Internet of Things (IoT) networks. We propose a joint access point (AP) operation mode selection and power control design, wherein certain APs are designated for energy transmission to EUs, while others are dedicated to information transmission to IUs. The performance of the system, from both a spectral efficiency (SE) and energy efficiency (EE) perspective, is comprehensively analyzed. Specifically, we formulate two mixed-integer nonconvex optimization problems for maximizing the average sum-SE and EE, under realistic power consumption models and constraints on the minimum individual SE requirements for individual IUs, minimum HE for individual EUs, and maximum transmit power at each AP. The challenging optimization problems are solved using successive convex approximation (SCA) techniques. The proposed framework design is further applied to the average sum-HE maximization and energy harvesting fairness problems. Our numerical results demonstrate that the proposed joint AP operation mode selection and power control algorithm can achieve EE performance gains of up to $4$-fold and $5$-fold over random AP operation mode selection, with and without power control respectively.
评论: 手稿已被接受在IEEE TWC出版。
主题: 信息论 (cs.IT) ; 信号处理 (eess.SP)
引用方式: arXiv:2505.02806 [cs.IT]
  (或者 arXiv:2505.02806v2 [cs.IT] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.02806
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Mohammadali Mohammadi [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 5 月 5 日 17:32:14 UTC (8,123 KB)
[v2] 星期三, 2025 年 5 月 7 日 10:17:56 UTC (8,123 KB)
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