用于毫米波无线电力传输系统的两级波束选择算法：训练开销降低与性能分析

《IEEE Access》：Two-Level Beam Selection Algorithm for mmWave Wireless Power Transfer Systems: Training Overhead Reduction and Performance Analysis

　　

摘要：

毫米波（mmWave）无线电力传输（WPT）系统需要高效的波束选择算法，以最大化无线充电设备（WCDs）的能量收集效率。传统的穷举码本搜索方法虽然最优，但需要大量的训练开销，这减少了实际电力传输的时间。本文提出了一种新颖的两级波束选择算法，显著减少了训练时间，同时保持了接近最优的能量收集性能。该算法采用分层方法：首先使用总波束来确定包含最优波束方向的角度组，然后根据差值与总和的比率（DSR）应用差波束来确定该组内的最终波束选择。我们提供了一个基于检测理论的全面分析框架，用于表征波束选择误差概率。此外，我们开发了一个最优资源分配框架，通过利用能量收集函数的凹性来确定最大化收集能量的最佳波束数量。提出了一种基于二分法的优化算法，以高效找到最优解。仿真结果表明，与穷举码本搜索方法相比，所提出的算法通过减少训练开销实现了更高的能量收集效率。