無線獵能通訊波束成形及資源管理設計:通道狀態資訊不準確之情境

在物聯網時代，使用電磁輻射於無線能量傳遞被視為一項維持可充式低功耗無線裝置運作的重要解決方案。相較於其他近場無線能量傳遞技術，射頻訊號更適合長距離充電無線裝置，無線充電距離可以達數十公尺。近年來，兩種無線獵能通訊被提出分別應用於上行與下行資料傳輸應用，包括：無線供電蜂巢式網路與同時無線訊息和功率傳遞系統。在無線供電蜂巢式網路中，無線裝置利用從無線基地台來的下行訊號充電再進行上行資料傳輸。在同時無線訊息和功率傳遞系統中，無線基地台利用下行時間同時傳送訊息與能量給無線裝置。應用射頻訊號於無線能量傳遞易遭遇電磁波無線通道傳播過程衰減所造成的低能量傳遞效率問題。多天線技術可以形成窄能量波束於接收端以達到有效率的無線能量傳遞。然而不完美的通道狀態資訊或有限通道狀態資訊回饋皆可能降低系統效能。本研究計畫的目的在於解決上述問題與挑戰，在不確定通道環境中設計可應用於無線獵能通訊的強健波束成形與資源管理技術。在無線供電蜂巢式網路中，吾人在上下行環境中針對通道估測誤差提供波束成形、時間和功率分配的聯合設計。在同時無線訊息和功率傳遞系統中，吾人在有限通道狀態資訊回饋下最佳化下行波束成形、下行傳輸與上行通道狀態資訊回饋的時間比例、回饋位元數與功率分流因子等參數。吾人以最大化系統資料吞吐量為目標，利用凸最佳化方法與馬可夫決策程序來解決設計問題。同時研究無線基地台在大規模天線情形下對於無線獵能通訊系統效能影響。最後將藉由理論分析與電腦模擬來評估所提方法的系統效能。