在多用户OFDM系统中的无线信息和能量传输

Wireless Information and Power Transfer in Multiuser OFDM Systems
论文研究的问题
基于SWIPT的多用户OFDM系统中采用P-TS或P-PS的资源分配
系统模型
A.TDMA with Time Switching
K+1time slots,slot K+1 is the power slot
时间槽k不是固定的，用TS ratio αk来表示，可得到：

说明：当用户用某一时间槽进行信息接收时，其他用户用该时间槽进行能量接收


B.OFDMA with Power Splitting
当把一个信道分配给一个用户时，该用户可以按照一定的比例获得信息和能量，其他用户只能从中获得能量不能获取信息。



C.Performance Upper Bound
假设每一个用户都能同时解码信息和接收能量，同时没有损失
单用户系统的资源分配
P-TS

P-PS

结果：1、在TS系统中，当Ppeak趋于无穷时，只有当α1→1，α2→0时能达到最大传输速率；
2、RPS(P,∞) ≤ RTS(P,∞)；
3、RTS(P,P/N) ≤ RPS(P,P/N)；
4、In the case of a single-carrier point-to-point SWIPT system with N =1, we hav eRTS(P,Ppeak) ≤ RPS(P,Ppeak), with equality if Ppeak →∞。
多用户系统的资源分配
A.Time Switching.


将非凸转化为凸性问题，利用拉格朗日乘子和对偶函数，ellipsoid求解。

B.Power Switching.


优化方法类似time switching ，参考convex optimization(duality)
性能比较
当Ppeak趋于无穷时：
1、TS和PS可实现的速率均小于上限；
2、对于TS，当最小接收能量小于150μW，可达到最大速率，当最小接收能量超过该值，并且增加时，速率下降；
3、对于PS，最小接收能量增加速率下降；
4、对于较小的最小接收能量，PS更优。
当Ppeak→4P/N时：

随着用户数量的增加，速率也在增加，TS的性能优于PS.