Diseño Conjunto de Altitud y Estadísticas de Canal Basado en Beamforming de Energía para Transferencia de Energía Inalámbrica Habilitada por UAV
Autores: Kang, Jinho
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Diseño Conjunto de Altitud y Estadísticas de Canal Basado en Beamforming de Energía para Transferencia de Energía Inalámbrica Habilitada por UAV
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Transferencia de energía inalámbrica habilitada por UAV
Formación de haces de energía
Espacio 3D
Canales de línea de visión
Frecuencia de radio
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En los últimos años, la transferencia de energía inalámbrica (WET) habilitada por UAV ha atraído una atención significativa por su capacidad para proporcionar a los dispositivos terrestres una energía eficiente y estable al navegar de manera flexible en un espacio tridimensional (3D) y utilizar canales de línea de vista (LoS) favorables. Al mismo tiempo, la formación de haces de energía que utiliza múltiples antenas, en la que los haces de energía se enfocan hacia los dispositivos en direcciones deseables, se ha destacado como una tecnología clave para mejorar sustancialmente la eficiencia de WET basada en radiofrecuencia (RF). A pesar de su utilidad significativa, la formación de haces de energía no se ha estudiado en el contexto del diseño de sistemas WET habilitados por UAV. En este documento, proponemos el diseño conjunto de la altitud del UAV y la formación de haces de energía basada en estadísticas de canal para minimizar el tiempo de carga total requerido para que todos los dispositivos de recolección de energía (EHDs) satisfagan sus demandas energéticas, al tiempo que se reducen los recursos y costos adicionales asociados con la estimación del canal. A diferencia de trabajos anteriores, en los que solo se consideraba el canal dominante de LoS sin desvanecimiento a pequeña escala, adoptamos un canal de desvanecimiento Rician más general de aire a tierra (A2G), donde la probabilidad de LoS y el factor Rician dependen de la altitud del UAV. Para abordar este problema de diseño altamente no convexo y no lineal, primero examinamos el escenario de un solo EHD, obteniendo información al derivar una solución óptima de formación de haces de energía en forma cerrada. Luego, ideamos métodos eficientes para diseñar conjuntamente la altitud y la formación de haces de energía en escenarios con múltiples EHDs. Nuestros resultados numéricos demuestran que el diseño conjunto propuesto reduce considerablemente el tiempo de carga total mientras disminuye significativamente la complejidad computacional en comparación con los métodos convencionales.
Descripción
En los últimos años, la transferencia de energía inalámbrica (WET) habilitada por UAV ha atraído una atención significativa por su capacidad para proporcionar a los dispositivos terrestres una energía eficiente y estable al navegar de manera flexible en un espacio tridimensional (3D) y utilizar canales de línea de vista (LoS) favorables. Al mismo tiempo, la formación de haces de energía que utiliza múltiples antenas, en la que los haces de energía se enfocan hacia los dispositivos en direcciones deseables, se ha destacado como una tecnología clave para mejorar sustancialmente la eficiencia de WET basada en radiofrecuencia (RF). A pesar de su utilidad significativa, la formación de haces de energía no se ha estudiado en el contexto del diseño de sistemas WET habilitados por UAV. En este documento, proponemos el diseño conjunto de la altitud del UAV y la formación de haces de energía basada en estadísticas de canal para minimizar el tiempo de carga total requerido para que todos los dispositivos de recolección de energía (EHDs) satisfagan sus demandas energéticas, al tiempo que se reducen los recursos y costos adicionales asociados con la estimación del canal. A diferencia de trabajos anteriores, en los que solo se consideraba el canal dominante de LoS sin desvanecimiento a pequeña escala, adoptamos un canal de desvanecimiento Rician más general de aire a tierra (A2G), donde la probabilidad de LoS y el factor Rician dependen de la altitud del UAV. Para abordar este problema de diseño altamente no convexo y no lineal, primero examinamos el escenario de un solo EHD, obteniendo información al derivar una solución óptima de formación de haces de energía en forma cerrada. Luego, ideamos métodos eficientes para diseñar conjuntamente la altitud y la formación de haces de energía en escenarios con múltiples EHDs. Nuestros resultados numéricos demuestran que el diseño conjunto propuesto reduce considerablemente el tiempo de carga total mientras disminuye significativamente la complejidad computacional en comparación con los métodos convencionales.