《Future Internet》：Design of Wireless Powered Communication Systems for Low-Altitude Economy
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本综述系统分析了低空经济场景下无线供能通信系统（WPCS）的能效优化策略，提出基于多维能耗模型（MDECM）的动态调控算法（LCDAA），通过实时调整传输功率、通信频率与天线参数，显著降低复杂环境（如天气变化、高速飞行、任务复杂度提升）下的能量消耗增长率。仿真验证表明，动态WPCS方案比传统电池供电能效提升79.9%，为低空载具和物联网设备可持续能源供给提供理论支撑。
低空经济无线供能通信系统设计与优化
引言
随着低空经济市场的快速发展，无人飞行器与物联网设备对高效能源供给和通信系统的需求日益凸显。研究通过建立多维能耗模型，系统分析传统电池供电、简易无线供电、优化无线供电及动态调控无线供能通信系统四种方案的性能差异，重点解决动态环境适应性、算法复杂度边界、软件验证框架缺失等关键问题。
无线供能通信系统理论基础
系统核心包含能量传输效率模型和通信质量评估指标。能量传输效率η=Pout/Pin×100%，受传输距离、频率、天线增益等多因素影响；通信质量通过信噪比SNR=Psignal/Pnoise量化。研究对比发现，传统电池方案在长距离传输时能耗呈线性增长（ηbattery=η0-k·d），而动态调控方案通过实时参数调整，将能耗增长速率降低34.8%。
系统性能评估体系
建立包含传输距离、通信频率、天气条件、飞行速度与任务复杂度的综合评估模型。实验数据显示，传输距离增至100米时，动态WPCS能耗（72.07 Wh）显著低于传统电池方案（359.33 Wh）；高频通信场景下（10 Hz），其能耗（0.189 Wh）仅为传统方案的12.5%。天气适应性分析表明，动态调控使系统在恶劣天气（w=0）下能耗增幅控制在28%以内，优于传统方案的50%增幅。
动态调控算法实现
提出低复杂度动态调整算法，以O(n log n)时间复杂度实现功率、频率与天线的协同优化。算法每200毫秒执行一次闭环调控，通过梯度下降法求解约束优化问题，确保在嵌入式平台（如ARM Cortex-A53）上满足实时性要求。天线方向优化公式θopt=argmaxθSS(θ)可提升系统稳定性达40%。
仿真验证与结果分析
MATLAB仿真涵盖五类场景参数耦合分析。在飞行速度10 m/s时，动态WPCS能耗（2.45 Wh）较传统方案（6.2 Wh）降低60.5%；高任务复杂度（C=10）环境下，能耗增长率降低至传统方案的30%。结果表明，动态调控机制通过降低二次项系数（如速度影响系数βflight speed从0.05降至0.02），有效抑制非线性能耗增长。
技术局限与未来方向
当前研究依赖仿真验证，需通过软硬件协同测试平台（如USRP设备）进行物理层验证。未来将集成机器学习技术优化动态参数预测，并探索毫米波频段的高效能量传输，推动低空经济能源系统的实际部署与标准化建设。
