This paper considers an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) downlink point-to-point system with simultaneous wireless information and power transfer. It is assumed that the receiver is able to harvest energy from noise, interference, and the desired signals.  We study the design of power allocation algorithms maximizing the energy efficiency of data transmission (bit/Joule delivered to the receiver). In particular, the algorithm design is formulated as a high-dimensional non-convex optimization problem which takes into account the circuit power consumption, the minimum required data rate, and a constraint on the minimum power delivered to the receiver. Subsequently, by exploiting the properties of nonlinear fractional programming, the considered non-convex optimization problem, whose objective function is in fractional form, is transformed into an equivalent optimization problem having an objective function in subtractive form, which enables the derivation of an efficient iterative power allocation algorithm. In each iteration, the optimal power allocation solution is derived based on dual decomposition and a one-dimensional search. Simulation results illustrate that the proposed iterative power allocation algorithm converges to the optimal solution, and unveil the trade-off between energy efficiency, system capacity, and wireless power transfer: (1) In the low transmit power regime, maximizing the system capacity may maximize the energy efficiency. (2) Wireless power transfer can enhance the energy efficiency, especially in the interference limited regime

چکیده

این مقاله یک سیستم نقطه به نقطه لینک پایین به منظور مالتی پلکس کردن تسهیم فرکانس متعامد (OFDM) را با انتقال بی سیم اطلاعات و توان به صورت هم زمان در نظر می گیرد. فرض شده است که گیرنده قادر است انرژی را از نویز، تداخل و سیگنال های جانبی جدا کند. ما طراحی الگوریتم های تخصیص توان را به منظور ماکزیمم سازی راندمان انرژی در انتقال داده ها (نسبت بیت به ژول تحویلی به گیرنده) مورد مطالعه قرار می دهیم. در حالت خاص، طراحی الگوریتم به صورت یک مسئله بهینه سازی غیر محدب با ابعاد زیاد فرمول بندی می شود که مصرف توان مدار، حداقل سرعت داده لازم و قیدی را که نشان دهنده حداقل توان تحویلی به گیرنده است، در نظر می گیرد. در نتیجه، با استفاده از مشخصه های برنامه ریزی غیرخطی جزئی، مسئله بهینه سازی غیر محدب مورد نظر، که تابع هدف آن به شکل جزئی است، به یک مسئله بهینه سازی معادل تبدیل می شود که دارای تابع هدفی به شکل کاهشی بوده و در نتیجه امکان حل الگوریتم تخصیص توان را به صورت تکراری فراهم می آورد. در هر تکرار، پاسخ تخصیص توان بهینه بر اساس تجزیه دوگانه و یک جستجوی تک بعدی، به دست می آید. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم تخصیص توان پیشنهادی به پاسخ بهینه همگرا شده و یک حالت بینابین (مصالحه) بین راندمان انرژی، ظرفیت سیستم و انتقال توان بی سیم را نتیجه می دهد: طی این وضیعت 1) در ناحیه مصرف توان انتقالی کم، ماکزیمم سازی ظرفیت سیستم ممکن است راندمان انرژی را نیز افزایش دهد 2) انتقال توان بی سیم می تواند راندمان انرژی را افزایش دهد، به ویژه  در ناحیه تداخل محدود.

1-مقدمه

مالتی پلکس کردن تسهیم فرکانس متعامد (OFDM) یک واسط هوایی مناسب و ماندگار برای ارائه سرویس های مخابراتی موجود و نیز راندمان طیفی بالا است که ناشی از توانایی این واسط در مقابله با حذف فرکانس های انتخاب چندمسیره و نیز قابلیت انعطاف آن در تخصیص منابع است. با این وجود، مدارهای مصرف کننده توان و محدودیت در تأمین انرژی در تجهیزات سیار، یک مشکل لاینحل برای افزایش طول عمر شبکه‌ها و نیز تضمین کیفیت سرویس است. در نتیجه، ارتباطات سیار با بازدهی انرژی بالا به یک موضوع جالب توجه هم در صنعت و هم دانشگاه بدل شده است...