نرخ قابل‌حصول ارسال هم‌زمان اطلاعات و توان براي سيستم مخابرات دوطرفه مجهز به آرايه آنتن عظيم

Achievable Rate Analysis of Simultaneous Wireless Information and Power Transfer in a Full-duplex Communication System with Massive Antenna Array

يك سيستم شامل چندين كاربر بي‌سيم متشكل از يك نقطه دسترسي دوطرفه هيبريد را در نظر مي‌گيريم كه براي دسته‌اي از كاربرهاي سيار اطلاعات ارسال مي‌كند و به‌طور هم‌زمان اطلاعات ارسالي از سوي دسته‌اي ديگر از گره‌هاي حسگر بي‌سيم را كه داراي محدوديت انرژي هستند، دريافت مي‌كند. فرض مي‌كنيم كه نقطه دسترسي مجهز به يك آرايه آنتن عظيم باشد. با در نظر گرفتن پروتكل كليدزني زماني متشكل از دو مرحله، فرض مي‌كنيم كه در مرحله اول، نقطه دسترسي سيگنال انرژي را براي حسگرها ارسال مي‌كند و هم‌زمان از سمبل‌هاي نشانه ارسالي از سوي كاربران سيار براي تخمين كانال استفاده مي‌كند. حسگرهاي بي‌سيم در مرحله دوم اطلاعات خود را به كمك انرژي برداشت‌شده در مرحله اول براي ايستگاه دسترسي ارسال مي‌كنند. با فرض دسترسي كامل به اطلاعات وضعيت كانال و نيز دسترسي به تخمين اطلاعات وضعيت كانال، عبارت‌هاي حدي براي نرخ‌هاي قابل‌حصول فراسو و فروسوي سيستم را به دست مي‌آوريم. نتايج به دست آمده براي تعداد آنتن بي‌نهايت در ايستگاه مركزي معتبر هستند. در ضمن، نتايج تقريبي نيز براي هر تعداد آنتن دلخواه استخراج مي‌شوند. بر اساس نتايج تحليلي حاصل، يك قاعده مقياس توان نيز به دست مي‌آوريم و تأثير تعداد آنتن‌ها بر روي حذف تداخل بين كاربري و خودتداخلي را مطالعه مي‌كنيم.

We consider a multiuser wireless system with a full-duplex hybrid access point (HAP) that transmits to a set of users in the downlink channel, while receiving data from another set of energy-constrained sensors in the uplink channel. We assume that the HAP is equipped with a massive antenna array, while all users and sensor nodes have a single antenna. We adopt a time-switching protocol where in the first phase, sensors are powered through wireless energy transfer from HAP and HAP estimates the downlink channel of the users. In the second phase, sensors use the harvested energy to transmit to the HAP. Aassuming perfect and imperfect channel state information, we derive expressions for the achievable uplink and downlink rates in the large-antenna limit and approximate results that hold for any finite number of antennas. Based on these analytical results, we obtain the power-scaling law and analyze the effect of the number of antennas on the cancellation of intra-user interference and the self-interference.