In this paper, we study multi-user multi-antenna wireless power transfer (WPT) systems, where each antenna at the energy harvesting (EH) nodes is connected to a dedicated non-linear rectifier. We propose an optimal transmit strategy which maximizes a weighted sum of the average harvested powers at the EH nodes under a constraint on the power budget of the transmitter. First, for multiple-input single-output (MISO) WPT systems, we show that it is optimal to transmit scalar symbols with an arbitrary phase and an amplitude, whose probability density function (pdf) has at most two mass points, using maximum ratio transmission (MRT) beamforming. Then, we prove that for single-input multiple-output (SIMO) WPT systems, the optimal transmit symbol amplitudes are discrete random variables, whose pdf also has no more than two mass points. For general multi-user MIMO WPT systems, we show that the optimal transmit strategy involves scalar unit-norm symbols with arbitrary phase and at most two beamforming vectors. In order to determine these vectors, we formulate a non-convex optimization problem and obtain an optimal solution based on monotonic optimization. Since the computational complexity of the optimal solution is high, we also propose a low-complexity iterative algorithm to obtain a suboptimal solution, which achieves nearly optimal performance. Our simulation results reveal that the proposed transmit strategy for multi-user MIMO WPT systems outperforms two baseline schemes, which are based on a linear EH model and a single beamforming vector, respectively. For a given transmit power budget, we show that the harvested power saturates when increasing the number of transmit antennas. Finally, we observe that the harvested power region spanned by multiple EH nodes is convex and the power harvested at one EH node can be traded for a higher harvested power at the other nodes.


翻译:在本文中,我们研究了多用户多antenna无线电源传输系统(WPT),其中能源采集(EH)节点的每个天线都连接到专门的非线性校正仪。我们提出了一个最佳传输战略,在发射器功率预算的限制下,将EH节点的平均收电权的加权总和最大化。首先,对于多输入单输出(MISO) WPT系统,我们表明,最理想的做法是以任意的阶段和振幅传输星标符号,其概率密度功能(pdf)最多有两个质量点,使用最大比率传输(MRT)成型。然后,我们证明,对于单输入的多输出(SIMO)节点,最优化的传输符号是离散的随机变量。对于通用的多用户MIMOPT系统,我们显示,最佳传输战略包括以任意性传输(Saltar)单位-normal 度功能功能(pdf) 最多两个质量点,对于最精确的矢量传输战略,对于最优化的电量数据系统来说, 最优化的递化的Oral-modal-modal-modalalalalal oralalalalalalalalal liversal dalal commodal commal commal commodal commal commal commal commal commal commal commal commmmmal commmmmmmal,我们,我们提出一个Olational 。

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