具有多连接光伏接收器的SLIPT系统的准确能量转换建模和可实现信息速率
摘要：多级光伏光接收器的光同时传输光波信息和能量传输系统。光伏光接收器采用多级光伏电池以有效地收集宽带光能。我们考虑了光接收器被环境光照射、被调制信息的自由空间光信号照射以及由于环境光不一定始终存在而需要专门提供能量的宽带光信号。基于多级光伏光接收器等效电路的分析，我们建立了光伏电池的电流流动模型，并推导了两种情况下的准确能量收集模型和两个近似能量收集模型，其中光接收器分别配备了单个和多个p-n结。我们推导出最优分配的传输信息信号，以最大化可实现的信息传输速率。通过电路模拟验证了提出的能量收集模型，并展示了多级光伏光接收器在高接收信号功率下饱和的情况。对于单级光伏光接收器，我们将提出的能量收集模型与两种众所周知的基准模型进行比较，并证明与提出的能量收集模型不同，它们不能完全捕捉到光接收器的非线性。由于多级光伏光接收器可更有效地分配光功率，它们对饱和更加鲁棒，因此能够收集更多功率并实现比单个p-n结光伏光接收器更高的数据速率。最后，我们展示了SLIPT系统中信息传输速率与能量收集之间的权衡，并证明了提出的最优分配相比于线性光信息接收器的均匀分配传输信号获得了显著更高的可实现信息传输速率。
作者：Nikita Shanin and Hedieh Ajam and Vasilis K. Papanikolaou and Laura Cottatellucci and Robert Schober
论文ID：2308.13848
分类：Signal Processing
分类简称：eess.SP
提交时间：2023-08-29