文档名：基于混合精度DAC的下行去蜂窝大规模MIMOWPT系统能量效率研究
摘要：本文研究了采用混合精度数模转换器(Digital-to-AnalogConverter,DAC)架构的下行去蜂窝大规模多输入多输出无线携能(Multiple-InputMultiple-OutputWirelessPowerTransfer,MIMO-WPT)系统.该系统中的用户(UserEquipment,UE)收集接入点(AccessPoint,AP)发射的无线射频信号能量,基于加性量化噪声模型对量化后的能量信号建模,并引入混合DAC功耗模型,推导出UE收集到的能量(HarvestedEnergy,HE)和系统能量效率(EnergyEfficiency,EE)闭式表达式.分析关键参数,如DAC精度、高精度DAC占比、AP/UE数目和AP发射功率等对下行WPT性能的影响.设计基于加速投影梯度(AcceleratedProjectedGradient,APG)的EE最大化功率控制算法.该算法是一阶优化方法,且能求解出最优功率控制系数的闭式解,因此时间复杂度低,运行耗时短.仿真结果表明,与全低精度DAC结构相比,混合精度DAC结构可以同时改善HE和EE;对于不同高精度DAC占比的混合精度DAC结构,当除高精度DAC外的其余DAC的分辨率设置为5bit时,在保证实现高HE的同时也可获得最优的EE;在中、低信噪比场景下,可以通过增大AP发射功率来改善系统EE;在UE数目较多的去蜂窝大规模MIMO-WPT系统中,所提的基于APG的功率优化算法不仅使等功率分配方案下的EE提升了约19.5％,而且同基于内点法的功率优化算法相比,运行耗时也大幅降低.
Abstract：Adownlinkcell-freemassivemultiple-inputmultiple-outputwirelesspowertransfer(MIMO-WPT)sys-temusingthemixed-resolutiondigital-to-analogconverter(DAC)architectureisstudied,wheretheuserequipments(UEs)harvesttheratio-frequencyenergyfromdownlinksignalsentbytheaccesspoints(APs).Usingtheadditivequantizationnoisemodeltoconstructtheenergysignalafterquantizationandintroducingapowerconsumptionmodeltocharacterizethepowerconsumedbymixed-resolutionDACs,closed-formexpressionsofbothharvestedenergy(HE)andenergyeffi-ciency(EE)arederived.Theseexpressionsfacilitateanalyzingtheimpactsofkeyparameters,suchastheresolutionofDACs,theproportionofhigh-resolutionDACs,thenumberofAPs/UEs,andthetransmitpowerofAPsondownlinkWPTperformance.Asidefromthis,anEEmaximizationpowercontrolalgorithmbasedontheacceleratedprojectedgradient(APG)techniqueisproposed.Specifically,theAPG-basedpowercontrolalgorithmisafirst-orderoptimizationmethodandcandeterminetheoptimalsolutioninclosedform,thusbenefitingfromlowcomputationalcomplexityandshortruntime.Experimentalresultsshowthatcomparedwiththefulllow-resolutionDACstructure,themixed-resolutionDACarchitec-turecansignificantlyimprovebothHEandEE.Besides,formixed-resolutionDACarchitectureswithdifferentproportionsofhigh-resolutionDACs,anoptimalEEcanbeapproachedalongwithabetterSEwhentheresolutionofDACs(excepthigh-resolutionDACs)issetto5bits.Moreover,incommunicationscenarioswithmediumandlowsignal-to-noiseratios,itisreasonabletoincreasetheAPtransmitpowertoboostthesystemEE.Atlast,incell-freemassiveMIMO-WPTsys-temswithalargenumberofUEs,theproposedAPG-basedpowercontrolalgorithmnotonlyenhancestheEErelatedtotheequalpowercontrolschemebyabout19.5％butalsosignificantlyreducestheruntimecomparedtotheinterior-point-basedpowercontrolalgorithm.
作者：张尧 赵海涛 夏文超 杨龙祥 朱洪波 Author：ZHANGYao ZHAOHai-tao XIAWen-chao YANGLong-xiang ZHUHong-bo
作者单位：浙江师范大学物理与电子信息工程学院,浙江金华321004;南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003
刊名：电子学报 ISTICEIPKU
Journal：ActaElectronicaSinica
年，卷(期)：2023, 51(10)
分类号：TN915
关键词：去蜂窝大规模多输入多输出 无线携能 混合精度数模转换器 能量效率 加速投影梯度
Keywords：cell-freemassivemultiple-inputmultiple-output wirelesspowertransfer mixed-resolutiondigital-to-an-alogconverter energyefficiency acceleratedprojectedgradient
机标分类号：
在线出版日期：2024年1月17日
基金项目：基于混合精度DAC的下行去蜂窝大规模MIMO-WPT系统能量效率研究[
期刊论文] 电子学报--2023, 51(10)张尧 赵海涛 夏文超 杨龙祥 朱洪波本文研究了采用混合精度数模转换器(Digital-to-AnalogConverter,DAC)架构的下行去蜂窝大规模多输入多输出无线携能(Multiple-InputMultiple-OutputWirelessPowerTransfer,MIMO-WPT)系统.该系统中的用户(UserEqui...参考文献和引证文献
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