With the development of Internet of Things (IoT), demands of power and data for IoT devices increase drastically. In order to resolve the supply-demand contradiction, simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) has been envisioned as an enabling technology by providing high-power energy transfer and high-rate data delivering concurrently. In this paper, we introduce a high-efficiency resonant beam (RB) charging and communication scheme. The scheme utilizes the semiconductor materials as gain medium, which has a better energy absorption capacity compared with the traditional solid-state one. Moreover, to match the gain size and reduce the transmission loss, the telescope internal modulator (TIM) are adopted in the scheme, which can concentrate beams.To evaluate the scheme SWIPT performance, we establish an analytical model and study the influence factors of its beam transmission, energy conversion, output power, and spectral efficiency. Numerical results shows that the proposed RB system can realize 16 W electric power output with 11 $\text{\%}$ end-to-end conversion efficiency, and support 18 bit/s/Hz spectral efficiency for communication.


翻译:随着物联网(IoT)的发展,IoT设备对电力和数据的需求急剧增加。为解决供需矛盾,同步无线信息和电力传输(SWIPT)被视为一种赋能技术,能同时提供高功率能量传输和高速率数据传送。本文介绍了一种高效共振光束(RB)充电与通信方案。该方案采用半导体材料作为增益介质,与传统固态材料相比具有更好的能量吸收能力。此外,为匹配增益尺寸并减少传输损耗,方案中采用了望远镜式内部调制器(TIM),该调制器能够汇聚光束。为评估该方案的SWIPT性能,我们建立了分析模型,研究其光束传输、能量转换、输出功率和频谱效率的影响因素。数值结果表明,所提出的RB系统可实现16瓦电力输出,端到端转换效率为11%,并支持18比特/秒/赫兹的通信频谱效率。

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