Radio frequency (RF) wireless energy transfer (WET) is a key technology that may allow seamlessly powering future massive low-energy Internet of Things (IoT) networks. To enable efficient massive WET, channel state information (CSI)-limited/free multi-antenna transmit schemes have been recently proposed in the literature. The idea is to reduce/null the energy costs to be paid by energy harvesting (EH) IoT nodes from participating in large-scale time/power-consuming CSI training, but still enable some transmit spatial gains. In this paper, we take another step forward by proposing a novel CSI-free rotary antenna beamforming (RAB) WET scheme that outperforms all state-of-the-art CSI-free schemes in a scenario where a power beacon (PB) equipped with a uniform linear array (ULA) powers a large set of surrounding EH IoT devices. RAB uses a properly designed CSI-free beamformer combined with a continuous or periodic rotation of the ULA at the PB to provide average EH gains that scale as $0.85\sqrt{M}$, where $M$ is the number of PB's antenna elements. Moreover, a rotation-specific power control mechanism was proposed to i) fairly optimize the WET process if devices' positioning information is available, and/or ii) to avoid hazards to human health in terms of specific absorption rate (SAR). We show that RAB performance even approaches quickly (or surpasses, for scenarios with sufficiently large number of EH devices, or when using the proposed power control) the performance of a traditional full-CSI based transmit scheme, and it is also less sensitive to SAR constraints. Finally, we discuss important practicalities related to RAB such as its robustness against non line-of-sight conditions compared to other CSI-free WET schemes, and its generalizability to scenarios where the PB uses other than a ULA topology.


翻译:无线电频率( RF) 无线能量传输(WET) 是一项关键技术,它可以无缝地为未来大规模低能物源互联网(IoT)网络提供电力。为了实现高效大规模 WET,文献中最近提议了频道状态信息(CSI)限制/免费的多antenna传输计划。 其想法是减少/减少能源采集(EH) 使用大量时间/耗能的 CSI 培训的能源成本,但仍能让一些空间效益传输。 在本文中,我们又向前迈出了一步,提出了一个新的无CSI旋转天线网络网络(RAB) 网络网络网络网络网络网络网络网络网络网络(RET) 网络网络网络计划,在一种情景中,安装了统一的线性阵列(ULA) 的电源集成(EH) 网络节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节节

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