KMOU科学家开发出一种节能电源和信息传输系统

工业物联网(IIoT)是指结合传感器、控制器和移动通信技术，使工业生产过程的各个环节智能化、高效化的技术。由于工业物联网可能涉及多个小型电池驱动设备和传感器，因此越来越需要开发强大的数据传输和电力传输网络来监控工业物联网环境。

从这方面来说，电力传输是一项很有前途的技术。它利用射频信号为功耗最小的小型设备供电。最近，同步信息和电力传输(SWIPT)利用单个射频信号同时执行能量收集和信息解码，引起了工业物联网的极大兴趣。此外，随着智能设备数量的快速增长，SWIPT 已与非正交多址 (NOMA) 系统相结合，该系统因其能够延长传感器和其他设备的电池寿命而成为 IIoT 的有前途的候选者。然而，该系统的能源效率随着与中央控制器的传输距离的增加而显着下降。

为了克服这一限制，由韩国海事海洋大学电子和电气信息工程系的 Dong-Wook Seo 副教授领导的韩国研究团队开发了一个新框架，将 SWIPT 辅助的 NOMA 应用于分布式天线系统(DAS)，显着提高工业物联网的能源和频谱效率。“通过应用 DAS，其支持天线相对靠近边缘用户以及中央基站，可以有效减少 SWIPT-NOMA 随着距离增加而产生的损耗。这提高了信息解码和能量收集性能， ”Seo 博士解释道。

他们的研究于 2022 年 10 月 27 日在线发布，并于 2023 年 7 月 1 日发表在《IEEE 工业信息学汇刊》杂志第 19 卷第 7 期上。

研究人员制定了三步迭代算法，以最大限度地提高 SWIPT-NOMA-DAS 系统的能源效率。他们首先优化了中央物联网控制器的功率分配。之后，联合优化 NOMA 信令的功率分配和 SWIPT 的功率分配 (PS)，同时最大限度地降低数据速率和收集的能量需求。最后，团队分析了一次系统无法提供足够能量和数据速率的中断事件，从而将联合功率分配和 PS 分配优化方法扩展到多集群场景。

他们通过广泛的数值模拟验证了他们的算法，发现所提出的 SWIPT-NOMA-DAS 系统的能源效率是没有 DAS 的 SWIPT-NOMA 系统的五倍。此外，它的性能比 SWIPT-OMA-DAS 提高了 10% 以上。

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