Wireless Power Transfer and Energy Harvesting: Current Status and Future Prospects [1]
En [1] define la recolección de energía (EH) y la
transferencia inalámbrica de energía (WPT), sus tipos, ejemplos de uso
Avances recientes en la recolección de energía : Movimiento mecánico, Radiación electromagnética ambiental, El status quo
Clasificacion de la WPT
Avances recientes en la transferencia de energía inalámbrica: Campo cercano, campo lejano, estandarizacion, Perspectivas de futuro , Dispositivos médicos implantables activos (AIMD), Vehículos eléctricos de carretera (RPEV)
Reseña de Pseudosatélites alimentados por energía solar
Propone como caso de estudio un esquema de programación
de energía en la red de retransmisión D2D alimentada por EH, el algoritmo modificado de llenado de agua
direccional de dos etapas para resolverlo.
A Comprehensive Review on Wireless Power Transfer Systems for Charging Portable Electronics [2]
Reseña historica de la WPT
Clasificacion de la WPT y comparacion de los mismos
Comparacion de mosfets para WPT
Mension de los Estándares Qi versus AirFuel de transferencia de energía inalámbrica
Usos de WPT nuevos: generación de plasma, y automatización en fábricas
El efecto del acoplamiento cruzado en
múltiples receptores
técnicas para mejorar la eficiencia.
Modelo de compensacion serie-serie
diseño de bobinas (multiples), el blindaje EMI y la detección de objetos extraños
banda prohibida amplia
topologías de
conmutación suave
convertidores Clase D y Clase E y sus variaciones
Diseño de Amplificadores E, F, EF
Diseño de rectificadores D y E
los efectos de la exposición a campos magnéticos en los seres humanos junto con las normas de seguridad.
El SAR
concepto de Detección de objetos extraños
Verify the Wireless Power Transmission in Space using Satellite to Satellite System [3]
Uso de WPT para ¿ reemplazar los almacenamientos de energía tradicionales y
reducir el peso y, en última instancia, los costos del lanzamiento de satélites.
analiza la transmisión inalámbrica de
energía entre un satélite espacial de energía solar de pequeña escala a otro satélite operativo,
demostración de satélites
espaciales de energía solar de pequeña escala.
evaluación de la posibilidad de una implementación futura.
Mension de que Nikola Tesla diseñó la Torre Wardenclyffe,
La sección 2 describe la necesidad de energía que requiere la industria
espacial global para hacer crecer la tecnología espacial en diferentes órbitas
como LEO
Informacion de la cantidad de satelites en el espacio, Hoy en día hay más de 3.370 satélites en órbita en el espacio, sus finanzas
Mension de otros papers complementarios para satelites
describe los satélites madre e hija, funcionamiento, structura y parametros
Estrcutura del satelite
Comparaciones entre WPT de microondas y laser
Wireless power transfer solutions for ‘Things [4]
Que es IOT
Usos sobre IOT
La energia es limitada porque se mueven
Explora cómo la tecnología
emergente de transferencia inalámbrica de energía (WPT) podría ayudar a resolver problemas de energía y carga
para varios dispositivos de IoT.
descubrimos que la
exposición humana y la seguridad, el contexto industrial, las cuestiones medioambientales y el coste de la
tecnología son factores importantes que podrían afectar la adopción de la TIP en las organizaciones.
el problema de reemplazar las baterias
En la sección 2 se ofrece una descripción general de las oportunidades y los desafíos de la tecnología de transferencia de energía inalámbrica.
En la sección 3 se analiza la metodología de investigación,
La revisión cubre artículos publicados entre los años 2007 y 2018
Se realizó una búsqueda inicial a través de Google Scholar. La opción de búsqueda se limitó a los
títulos de los artículos. Se utilizaron las palabras clave: carga inalámbrica, transferencia de energía
inalámbrica, transferencia de energía inalámbrica, IoT, internet de las cosas y sus combinaciones.
Por su alta relevancia para la investigación, se utilizaron otras bases de datos de investigación. Estas
bases de datos incluían la biblioteca digital ACM, la biblioteca digital IEEE Xplore, el host EBSCO y
Springer. El procedimiento de búsqueda se limitó a las mismas palabras clave que en el paso anterior. Además del área del título, se han incluido en la búsqueda las partes del resumen y
de las palabras clave de los artículos.
descripción general de los artículos mencionados en la sección 4.
Explicacion de cada metodo, con enfasis en la diferencia entre IPT y IPT resonante
Definicion general de WPT por microondas, radio y laser
5. Solo se seleccionaron artículos que abordan directamente las
tecnologías de transferencia de energía inalámbrica dentro del dominio de IoT
Estandares mensionados
6. Con base en la revisión preliminar, se identificaron dos categorías principales de rangos de tecnología
de transferencia inalámbrica. Por lo tanto, los artículos se clasificaron en dos grupos principales:
tecnologías de transferencia de energía de campo cercano y de campo largo
En la sección 5 se ofrece una descripción general de los principales hallazgos de la revisión bibliográfica.
En la sección 6 se ofrece un análisis de los mismos.
Enla sección 7 se ofrecen las conclusiones de la investigación.
The state-of-the-arts of underwater wireless power transfer: A comprehensive review and new perspectives [5]
El artículo cubre numerosos casos tecnológicos de las últimas décadas
Al final del artículo, se analizan los puntos críticos de
investigación actuales y los posibles desafíos tecnológicos.
Este artículo presenta una revisión extensa y enfocada de la tecnología de
transferencia de energía inalámbrica submarina. Se resumen y analizan en detalle los
últimos avances académicos y aplicaciones industriales del UWPT
Analiza las soluciones de transferencia de energía inalámbrica de última generación para aplicaciones submarinas
se
estudian en detalle el sistema de acoplamiento, la topología de compensación y los tipos de acopladores magnéticos basándose en el análisis del
principio de la tecnología de transferencia de energía inalámbrica submarina
e comparan las diferencias de la tecnología de transferencia de energía inalámbrica entre el ambiente marino y el aire
visualizan las perspectivas tecnológicas desde el prototipo hasta el
producto, seguido de algunas conclusiones y consejos constructivos.
Cita en cada problema y aplicacion mensionado a la UWPT
Listado de Usos de la WPT
explica Sistemas de atraque submarinos
Según la teoría del efecto condensador, existirá un campo eléctrico entre dos conductores con
potencial desigual
0. Descripción general de los efectos de los medios de agua de mar en la transferencia de energía
Casos típicos de aplicación de la tecnología UWPT.
Clasificación de acopladores magnéticos de sistemas UWPT
inalámbrica bajo el agua.
Efecto piezomagnético.
Comparación de métodos analíticos para la pérdida por corrientes parásitas en agua de mar.
Parámetros detallados de la investigación típica de características de frecuencia
5. Temperatura y bioincrustación
Redes inalámbricas de transferencia de energía y suministro de energía para futuros dispositivos submarinos no tripulados.
Métodos típicos de carga bajo el agua: baterias, Luz solar , enchufe
– La Sección 3 presenta la breve historia de la tecnología TIP, y se clasifican y comparan los
medios técnicos de implementación de la TIP
Formas de atraque, tipos de acopladores magnéticos y escenarios de aplicación de equipos submarinos autónomos
Clasificación, principio y comparación de UWPT.
Dibujos de como funciona casa sistema WPT
La Sección 4 se centra en los acopladores magnéticos y sus características,
Diferentes propuestas de acopladores con su respetiva cita
El acoplador magnético rotacionalmente simétrico
Entre otros acopladores propuestos
a comparación de parámetros de los sistemas UWPT
de tipo simetría rotacional típicos reportado
dos formas principales de lograr la integración de los sistemas UWPT con los
AUV
Comparación de parámetros del sistema UWPT de acoplador magnético tipo simetría rotacional.
Comparación de parámetros del sistema UWPT de acoplador magnético tipo curvo.
cada seccion incluye usos comunes de la WPT
la
Sección 5 propuso múltiples impactos del medio de agua de mar en los sistemas UWPT.
Anti-desalineación
Estrategias de control de UWPT
BWPT y WPIT
Diagrama lógico de control de un sistema de carga inalámbrica subacuática como referencia
En términos generales, el WPIT de compartir canal de transmisión tiene tres formas de
implementación.
Transferencia inalambrica de energia y datos
Los parámetros de caracterización de interoperabilidad
La Sección 6 resume cuestiones críticas, puntos críticos de investigación y desafíos
potenciales de la tecnología UWPT, señala direcciones claras para una mayor exploración.
Las perspectivas de la tecnología UWPT se analizan brevemente en la Sección 7.
Luego todo el artículo concluye en la Sección 8
Wireless Power Transfer—A Review [6]
En que se usa la WPT
Reseña historica
USOS MENSIONADOS vehículos eléctricos, minería en lugares donde no es posible utilizar energía cableada convencional , medicina, biomedicina, implantología, dispositivos portátiles, robots submarinos, sensores submarinos y vehículos eléctricos
con especial énfasis en la transferencia de energía inalámbrica inductiva.
Se describe el concepto de dicha transferencia y los métodos básicos de su implementación
El análisis de la
influencia de factores tales como el factor de acoplamiento, la forma de las bobinas, el tipo de material
ferromagnético del que está hecho el núcleo de las bobinas y la posición mutua de las bobinas transmisora
y receptora se analizan en las propiedades de el sistema inalámbrico de transferencia de energía.
, se presenta un sistema
inalámbrico de transferencia de energía para cargar las baterías de vehículos eléctrico
se
presentan los estándares de transferencia de energía inalámbrica
se describen las tendencias de desarrollo
La Sección 2 presenta la clasificación de las tecnologías WPT disponibles y describe el principio de funcionamiento de cada una de ellas.
a Sección 2.1 presenta una breve descripción de la tecnología de transferencia de energía inalámbrica de campo lejano, incluyendo MPT y LPT,
Grafico de sistema de induccion
la Sección 2.2 describe la tecnología de transferencia inalámbrica de campo cercano con mayor
detalle, incluyendo IPT y CPT
Estructura de un sistema de microondas
La Sección 3 describe las ventajas y desventajas de la transferencia de energía inalámbrica,
la Sección 4 presenta el estándar de WPT más comúnmente utilizado para cargar pequeños dispositivos móviles y
Como evitar las corrientes parasitas
la Sección 5 describe un ejemplo del uso de sistemas WTP en la industria.
Wireless power transfer technologies applied to electric vehicles: A review [7]
revisa las tecnologías aplicadas a la carga inalámbrica de Vehículos Eléctricos.
las tecnologías basadas en el principio de inducción, las técnicas de base capacitiva, las
que utilizan ondas de radiofrecuencia y la alimentación por láser
el nivel de potencia, la distancia entre la fuente de energía y el
vehículo eléctrico o si el traslado se realiza con el vehículo en marcha o no o el coste son parámetros
críticos que hay que tener en cuenta para decidir qué tecnología a utiliza
revisa los principales componentes que
se incorporan a estos sistemas y proporciona una revisión de sus configuraciones más relevantes
Los vehículos eléctricos (EV) y como son una alternativa a la contaminacion
USOS MENSIONADOS e cargadores inalámbricos en automóviles , bicicletas , autobuses, trenes , barcos , scooters, sillas de ruedas y vehículos aéreos no tripulados (UAV).
presenta una visión general sobre cómo se aplica la tecnología TIP en el sector de los
vehículos eléctricos considerando diferentes vehículos y técnicas de transferencia de energía
La Sección 2 resume las condiciones EV
en las que puede realizarse la WPT.
Los cargadores inalámbricos estáticos,
Cuasidinámico o estacionario.
Dinámico.
La sección 3 describe en profundidad la aplicación de las técnicas TIP más
relevantes a la carga/descarga de vehículos eléctricos.
Graficas de cada estructura de los circuitos
descripcion de algunos sistemas consultados
ventajas y desventajas
La Sección 4 aborda la comparación analítica entre las
tecnologías para ofrecer una operación conveniente para los vehículos eléctricos.
Compara graficamente los sitemas
Finalmente, la Sección 5
describe las principales conclusiones de este trabajo y describe algunas tendencias futuras.
Las microondas no sirven para alta potencia
El Laser es peligroso
Simultaneous Wireless Power and Data Transfer: A Comprehensive Review [8]
—La transferencia inalámbrica simultánea de energía y datos (SWPDT)
Uso mensionados : dispositivos biomédicos
implantables, vehículos eléctricos y electrónica de consumo
Como se usan modulos externos para comunicar los dispositivos
. Este artículo clasifica los sistemas SW-PDT en cuatro
categorías según el tipo y número de canales de datos y el método de generación
de soportes de datos
Son el sistema SWPDT basado en portador de energía,
el
sistema SWPDT basado en portador de datos de alta frecuencia,
el sistema
SWPDT de múltiples canales inductivos y
el sistema SWPDT de canales híbridos
inductivo-capacitivo,
se investigan en profundidad los
métodos para minimizar las interferencias derivadas de la transferencia de
datos y mejorar la SNR
Este artículo ofrece una revisión exhaustiva de los sistemas SWPDT. Se
centra en los métodos para lograr los cuatro requisitos mencionados
Se analizan cuatro cuestiones clave,
incluida
la minimización de la diafonía,
la mejora de la relación señal-ruido,
el método de
modulación para una alta velocidad de datos y una baja tasa de error de bits,
y un
diseño especial para lograr una comunicación full-duplex y mejorar la tolerancia a la
desalineación.
Se resumen las ventajas, desventajas y aplicaciones de los cuatro
tipos de sistemas SWPDT. Finalmente, se dan conclusiones y perspectivas del
sistema SWPDT
Wireless Powered Mobile Edge Computing for Industrial Internet of Things Systems [9]
Entre WPT y a computación de borde móvil (MEC) en el Internet industrial de las cosas (IIoT)
descripción general de los dispositivos inalámbricos. Sistemas IIoT habilitados por MEC, incluidos casos de uso, requisitos de red, arquitectura del sistema y recursos.
cuatro requisitos clave para impulsar la eficiencia operativa
arquitectura de integración de MEC con tecnología inalámbrica para IIoT.
.El WPT es Recoleccion de energia activa
Referencia a Sistema WPT comercial que puede transferir decenas de microvatios de potencia a más de diez metros
Mensiona trabajos de WPT en MEC con distintos enfoques
Los diferentes algoritmos de WPT con IIot
Problemas de las redes de WPTN
, investigamos una forma sistemática de abordar las preocupaciones mencionadas abstrayendo características de IIoT, analizando la arquitectura del sistema y presentando mecanismos de gestión eficientes para el rendimiento general del sistema
• Presentamos sectores potenciales para MEC inalámbricos desde la perspectiva de algunos proyectos IIoT
REQUISITOS DE RED Y ARQUITECTURA
REQUISITOS DE LA RED
. Arquitectura de red y componentes clave de MEC inalámbrico para IIoT
RESILIENCIA A ESCALA
Aquitectura de red
ARQUITECTURA DE DISPOSITIVO Y NODO DE BORD
MÓDULO DE SERVICIO DE DATOS (DSM)
MÓDULO DE ALMACENAMIENTO Y COSECHA DE ENERGÍA (EHSM)
TOMA DE DECISIONES Y CONFIGURACIÓN MÓDULO (DMCM)
: SUMINISTRO DE ENERGÍA VERDE Y SOSTENIBLE
squemas para abordar el problema doblemente cercano-lejano en WPCN
Conceptos del envio de datos en red
Consideramos el protocolo TDMA ilustrado en la Fig. 3 porque los estándares inalámbricos industriales actuales (WirelessHART, ISA100.11a y WIAPA) están todos basados en TDMA.
consideramos un caso de agricultura de precisión, donde se implementan sensores para medir los nutrientes del suelo, la humedad y la temperatura de un invernadero para aumentar la productividad.
Procedimiento de trabajo para la gestión de recursos entre el conocimiento de datos y las capas de borde.
B. ONDA MILÍMETRICA
C. MINERÍA DE INFORMACIÓN CONTEXTUAL
Wireless Power-Data Transmission for Industrial Internet of Things: Simulations and Experiments [10]
Que es el internet de las cosas
La ley de Moore
el blindaje de
Faraday de las ondas electromagnéticas del espacio libre que emanan de las antenas de los sistemas inalámbricos utilizados para
la transferencia de energía y datosLas estructuras metalicas causan pérdida de conectividad de señal entre la red de sensores.
Historia de la WPT
Sistema inalámbrico basado en ondas Zenneck (ZW)
un sistema construido para el espectro de frecuencia de 36MHz
PUT Los transductores ultrasónicos piezoeléctricos
EMAT Transductor acústico electromagnético
El blindaje de Faraday
Las ondas Lamb
El problema con el IOT en la WPT es como van a atravesar la energia a travez de objetos metalicos, presenta varias soluciones, las cuales usan la propia barra de metal para generar induccion
las limitaciones de alcance de los sistemas existentes
a dependencia de la alineación coaxial entre transceptores
s la relación costo-beneficio de estos sistemas para dispositivos IoT que tienden a seguir la ley de Moore
exploramos la viabilidad del sistema de ondas Zenneck para la transmisión de energía y datos bajo escudos metálicos parcialmente cerrados. La capacidad de transferencia de energía a través de escudos y obstáculos metálicos. Mientras que la potencia de RF recibida se registra en un piso industrial con obstáculos y recintos metálicos. Este estudio se comparó con el modelo de simulación FEM para estimar la viabilidad de la transmisión de dato
Otros logros de versiones anteriores
ECUACIÓN DEL CAMPO DE ONDAS DE ZENNECK
TASA DE ATENUACIÓN DE CAMPO
DETERIORO DEL CAMPO EVANESCENTE
MODOS DE CAMPO E DE HUNDIMIENTO
DISEÑO DEL SISTEMA DE ONDAS ZENNECK
La transferencia de energía eléctrica utilizando Zenneck, en condiciones abiertas, muestra una caída del 4% para una distancia de 1 a 8 metros (68 a 64%), y una caída del 9% en condiciones blindadas para el mismo rango (66 a 57%)
Para los resultados de transmisión de datos, demostramos una viabilidad, para una potencia de entrada de 0 dBm con varias tuberías metálicas como obstáculos, muestran una potencia recibida de -11,8 dBm y -19,01 dBm a 6 y 25 metros, respectivamente.
36 MHz se encuentra en el borde del espectro de alta frecuencia (HF) de las ondas de radio, lo que implica que el concepto puede ampliarse a muy alta frecuencia (VHF), ultra alta frecuencia (UHF) y súper alta frecuencia (SHF).
25 metros entre la unidad transmisora y la receptora
Trends in Wireless Power Transfer [11]
El reconomiento de e acoplamiento de resonancia realizado por un grupo del Instituto Tecnológico de MassachusettsHistoria de la WPT
El acoplamiento de resonancia WPT propuesto por el grupo del MIT
elimina las limitaciones de distancia y eficiencia
Avances en el sistema recolector de energía
La Rectenna como recolector de energía a
partir de ondas de radio ambientales
La TIP de acoplamiento inductivo de campo
cercano está preparada para su comercialización.
La recolección de energía: diferencias de calor ambiental, vibraciones, sonido, luz (excluida la luz solar) y ondas de radio.
examina los recolectores de energía que utilizan ondas de radio ambientales, una
aplicación TIP adecuada para sistemas comerciales porque la MPT requiere
frecuencias especiales que aún no se comprenden bien en la regulación de las
ondas de radio
El recolector de energía, sin embargo, es un dispositivo
pasivo sin fuente de ondas de radio. Las fuentes de ondas de radio para el
recolector incluyen Wi-Fi, estaciones base móviles y torres de televisión, y se
necesita permiso para cada propósito
a potencia de
ondas de radio de entrada es pequeño
+squema de una rectina típica con un diodo.
“La Rectenna como recolector de
energía a partir de ondas de radio ambientales
El rectificador desarrollado con un diodo túnel y (b) su eficiencia de conversión RF-CC a 2,4 GHz
(a) el frente y (b) la parte posterior de un prototipo de teléfono sin batería
La potencia de RF recibida aumenta
mediante una antena de alta ganancia,
una distancia corta entre una antena
transmisora y una receptora y una
frecuencia más alta, dependiendo de la
fórmula de transmisión de Friis.
Nuevos diodos para MPT
Una imagen del acoplamiento MIMO WPT. Todas las bobinas
están acopladas electromagnéticamente
MIMO-WPTTeoría y tecnología MIMO para el
acoplamiento de WPT
acoplamiento MISO WPT
Sala de resonador de cavidad cuasiestática para
TIP para múltiples receptores. (a) El concepto, (b) el campo
magnético en la habitación y (c) la configuración experimental
El principio de funcionamiento del sistema
retrodirectivo multipaso
. El sistema TIP hipotético de inversión temporal
Avances en aplicaciones TIP de campo cercano
Avances en aplicaciones TIP de campo cercano
la TIP de acoplamiento inductivo se considera el mejor enfoque,
seguida de la TIP a través de ondas de radio.
Investigating the Interactions Between Capacitive Wireless Power Transfer Technology and Concrete [12]
Busca investigar de como hacer WPT por concreto
Propiedades del concreto
e generaron dos campos electromagnéticos utilizando dos
bobinas de alambre de 3,81 cm de diámetro cada una y cuatro trozos de
cartón de 22,86 cm por 22,86 cm envueltos en cinta de papel de aluminio.
La prueba no destructiva realizada fue el método de Velocidad de Pulso
Ultrasónico. Norma Internacional ASTM ASTM C597
Mojado, no mojado, Caliente o frio
ste estudio no encontró ningún impacto significativo
sobre la temperatura.
o, la velocidad
del pulso antes y después de la exposición a la radiofrecuencia experimentó
una disminución del 21%. La velocidad del pulso más lenta disminuye
directamente el módulo de elasticidad, afectando la integridad estructural
del hormigón.
Wireless energy and information transfer in WBAN: A comprehensive state-of-the-art review [13]
, se han revisado en profundidad las técnicas de vanguardia WPT y SWIPT para alimentar WBAN desde la perspectiva de sus requisitos de sistema, diseño de dispositivos, arquitectura de red y modelado de canales.
.
los MTM integrados en dispositivos WBAN se han diseñado para aumentar el PTE, mientras que la eficacia de la transferencia de información se ha mejorado con éxito mediante el enfoque de maximización de la suma del rendimiento
asistido por batería y sin batería, se consideraron como otro criterio de clasificación en esta encuesta
la comunicación NF experimenta un comportamiento de canal estocástico debido a los movimientos corporales
Terminologia
Aplicaciones implantables y portátiles de WBAN habilitadas para WPT.
Reseña Historica
Los artículos describieron las bases esenciales y los criterios que guían el desarrollo de WBA
proporcionando una exploración exhaustiva tanto dE Requisitos del sistema WPT/SWIPT basados en NF y FF
Requisitos del sistema
Redes habilitadas para FF WPT/SWIPT
. Optimización FF WPT
Optimización FF SWIPT
Análisis del rendimiento de la WPT FF
Protocolos basados en EH: (a) Rx de retransmisión ideal; (b) retransmisión de TS; (c) retransmisión de PS.
. Análisis de rendimiento de FF SWIPT
Optimización WPT NF
Usos de la WPT para implantes medicos
Redes habilitadas para NF WPT/SWIPT
Optimización NF SWIPT
Análisis del rendimiento de la WPT NF
. Análisis de rendimiento de NF SWIPT
Diseño del dispositivo
Redes FF WPT/SWIPT
Redes FF WPT asistidas por batería
Redes asistidas por batería FF SWIPT
Redes sin baterías FF WPT
Redes sin batería FF SWIPT
Redes NF WPT/SWIPT
Redes asistidas por baterías NF WPT
. Redes asistidas por batería NF SWIPT
Redes NF WPT sin baterías
Redes sin batería NF SWIPT
Arquitectura de red
SISO
FFWPT/SWIPT
NFWPT/SWIPT
SIMO
FFWPT/SWIPT
NFWPT/SWIPT
MISO
FFWPT/SWIPT
NFWPT/SWIPT
. MIMO
FFWPT/SWIPT
NFWPT/SWIPT
Modelado de canales
Modelado de canales estocásticos
FFWPT/SWIPT
NFWPT/SWIPT
Modelado de canales determinista
FFWPT/SWIPT
NFWPT/SWIPT
Desafíos y direcciones futuras
seguridad, interoperabilidad, diseño de dispositivos portátiles, soporte de decisiones en tiempo real, gestión de interferencias, oexistencia con otras redes inalámbricas
estándares de comunicación comunes, formatos de datos, e interfaces
algoritmos de enrutamiento mejorado
Gestión de interferencias
Coexistencia con otros sistemas inalámbricos: el espectro de frecuencia compartido puede plantear desafíos significativos para las WBAN, dado que frecuentemente coexisten con varias redes inalámbricas, incluidas Wi-Fi, Bluetooth y WBAN vecinas
TABLA SUPER RESUMEN DE LOS DIFERENTES METODOS
SWIPT in Mixed Near- and Far-Field Channels: Joint Beam Scheduling and Power Allocation [14]
6G, ondas milimétricas
(mmWave) y los terahercios (THz),
libro de códigos de dominio polar
La matriz de escala extremadamente grande (matriz XL)
la
transferencia inalámbrica simultánea de información y energía (SWIPT) en el campo
lejano, en este es mixto
la recolección de energía (EH) y los
receptores de decodificación de información (ID) están ubicados en las regiones de
campo cercano y lejano de la estación base (BS) de matriz XL, respectivamente
un algoritmo
eficiente para obtener una solución subóptima utilizando la eliminación de variables
binarias y los métodos de aproximación convexa sucesiva
La Sección
II presenta el modelo del sistema y la formulación del problema para el sistema
SWIPT de campo mixto.
En la Sección III, reformulamos el problema de maximización
de potencia de suma ponderada en una forma más compacta para facilitar el diseño
del algoritmo.
En la Sección IV, primero desarrollamos un algoritmo eficiente para
obtener una solución subóptima para el caso general y luego consideramos tres
casos especiales para obtener información útil.
Los resultados numéricos se
presentan en la Sección V para evaluar el desempeño del esquema propuesto,
seguidos de las conclusiones dadas en la Sección VI.
Los resultados numéricos muestran que
nuestro diseño conjunto propuesto supera significativamente otros esquemas de
referencia sin la optimización de la programación del haz y/o la asignación de energía.
Mension de distintos tipos de SWIPT consultados
Comprende tanto receptores EH de campo cercano como receptores ID
de campo lejano. Se formuló un problema de optimización para optimizar
conjuntamente la programación del haz de BS y la asignación de potencia
para maximizar la potencia suma ponderada recolectada en todos los
receptores EH sujetos a las restricciones de potencia de transmisión de BS y
de tasa de suma ID
Near-field Wireless Power Transfer for 6G Internet-of-Everything Mobile Networks: Opportunities and Challenges [15]
Mensiona uso en el IoE
ofrecemos una visión general de las oportunidades
y desafíos que surgen de la TIP radiante de campo cercano. En particular,
analizamos la posibilidad de realizar una focalización del haz en condiciones
de radiación de campo cercano y destacamos sus posibles implicaciones
para la TIP en futuras redes IoE
con la transición
de los sistemas 6G a la alta frecuencia combinada con el uso de antenas de
gran escala, los dispositivos TIP pueden funcionar fácilmente en la región
radiante de campo cercano (Fresnel), donde la suposición convencional de
propagación de ondas planas en sistemas lejanos El campo ya no es válido
.
escripción general de las oportunidades
y desafíos de los sistemas TIP radiantes de campo cercan
.
técnica de enfoque del haz de energía y destacamos sus ventajas
para las redes IoE
WPT
permite encender o cargar dispositivos inalámbricos sin necesidad de
infraestructura de cableado
P: acoplamiento inductivo, acoplamiento por resonancia magnética y
radiación electromagnética (EM), ventajas y desventajas
El uso de RF
(i) revisar el funcionamiento de los sistemas TIP radiantes de campo
cercano, aclarando su relevancia para los dispositivos 6G;
ii) identificar las
implicaciones físicas de la realización de TIP radiantes de campo cercano; y
(iii) revisar los enfoques de implementación de hardware existentes para la
fuente de energía radiante.
profundizamos en la posibilidad de explotar
los frentes de onda esféricos de las señales de potencia EM para implementar
el enfoque de energía, identificando sus ventajas potenciales en comparación
con la TIP de campo lejano.
Para demostrar los beneficios potenciales del
enfoque energético, ofrecemos una demostración numérica que muestra cómo
la WPT radiante de campo cercano puede alimentar simultáneamente múltiples
dispositivos inalámbricos de manera eficiente con una contaminación energética
mínima.
Requisirtos para wPT
. El primer requisito es lograr una alta eficiencia de
transferencia de energía inalámbrica de extremo a extremo, es decir, que la
mayor parte de la energía radiada se utilice para cargar el receptor. La
eficiencia energética está limitada principalmente por la atenuación de la
señal en función de la distancia. Las distancias sobre las cuales debe operar
la TIP radiada varían según los casos de uso, donde una distancia típica para
entornos interiores es del orden de unos pocos metros (por ejemplo,
habitaciones residenciales) hasta varias decenas de metros (como vestíbulos
y pasillos). Un requisito básico adicional es lograr una baja contaminación
energética, por ejemplo, evitar tener señales de energía dominantes en
lugares donde los dispositivos de carga no están presentes. Esta
contaminación energética tiene un efecto negativo en términos de exposición
humana, así como en la transmisión de datos de comunicación (interferencias)
, la distancia entre el
transmisor de energía y el receptor de energía es mayor que el límite de
Fresnel pero menor que el límite de Fraunhofe
Wireless power transfer based on novel physical concepts [16]
Historia de la WPT
requiere que se sacrifiquen algunos
parámetros esenciales (como la eficiencia) en favor de la transferencia de energía
Exploramos técnicas basadas en
absorción perfecta coherente, simetría de paridad-tiempo y puntos excepcionales, y generación de energía in situ
o de
metamateriales y metasuperficies en la transferencia de energía inalámbrica y el uso de la transferencia de energía acústica
rutas potenciales para un mayor desarrollo de la tecnología de transferencia de energía inalámbrica
Sistemas TIP convencionales
IPT
. Es importante distinguir entre PTE (la llamada ganancia
de potencia en el contexto de la ingeniería de microondas) y PTE general (la
relación entre la potencia transferida y la potencia extraída de la fuente): PTE
puede alcanzar el 100% (toda la energía entregada al sistema se absorbe en
la carga útil), mientras que el PTE global nunca supera el 50% cuando se
trabaja en el régimen de acoplamiento crítico
Los sistemas TIP realistas suelen
funcionar en condiciones inigualables debido a la pequeña impedancia interna
de la fuente
Wireless Energy Transfer in RIS-Aided Cell-Free Massive MIMO Systems: Opportunities and Challenges [17]
e Internet de todo (IoE)
la transferencia inalámbrica de energía (WET)
, los sistemas masivos de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) sin celdas (CF)
proponemos el paradigma de los sistemas MIMO masivos CF asistidos por superficie inteligente reconfigurable (RIS) para WET, incluidos sus posibles escenarios de aplicación y arquitectura del sistema. Se discute y analiza el procedimiento de transmisión de cuatro etapas para ilustrar la practicidad de la arquitectura. Luego presentamos y analizamos el diseño de hardware de RIS. En particular, discutimos los tres modos operativos correspondientes y la fusión de la tecnología WET y el MIMO masivo CF asistido por RIS
La señal de energía de radiofrecuencia (RF) irradiada por el transmisor se puede recolectar en el receptorque la convierte en energía eléctrica para uso futuro
El concepto celular
analizamos varios escenarios de aplicación potenciales del sistema y la arquitectura de sistema propuesta
Recientemente, se ha propuesto la superficie inteligente reconfigurable (RIS) como una nueva tecnología prometedora para reconfigurar el entorno de propagación inalámbrica a través de la reflexión de señales controlada por software.[17]
¿Cómo aplicar la tecnología WET en sistemas MIMO masivos CF asistidos por RIS?
Conexiones “humano-máquina-objeto”
Procedimiento de transmisión de cuatro etapas de sistemas MIMO masivos CF asistidos por RIS con WET
Etapa I: Transmisión de energía de enlace descendente: La CPU recopila la información transmitida por el AP a través del fronthaul y envía comandos de control al AP después del procesamiento de la señal. Con base en la señal recibida, el AP decide si transmitir señales de energía inalámbrica al RIS para la recolección de energía. Especialmente, cuando el nivel de energía almacenada en el RIS excede un valor umbral, el controlador RIS transmite una señal de retroalimentación al AP para terminar la transmisión de energía.
Etapa II: Transmisión de datos: En el enlace ascendente, el UE primero envía una señal piloto a los AP que llega a los AP directamente o a través del canal en cascada del RIS. Luego, los AP reciben la señal piloto y la transmiten a la CPU a través de un fronthaul dedicado para la estimación del canal. Posteriormente, el UE envía sus datos de enlace ascendente y los AP reciben la señal a través de una ruta directa, así como la señal reflejada que llega a través de la formación de haz del RIS. Además, los AP envían sus datos recibidos a la CPU, que realiza un procesamiento de señal conjunto para la detección de datos. Finalmente, la CPU obtiene la señal decodificada de enlace ascendente en función de la estimación del canal global.
A continuación, el precodificador de enlace descendente genera la señal de datos de enlace descendente y la transmite al AP, que finalmente llega a los UE a través del RIS. Mientras tanto, el AP genera la señal para controlar el RIS para la adaptación de fases. Obsérvese que si el AP desea realizar un control dinámico del RIS, es necesario modificar la estructura de trama e insertar algunos intervalos de tiempo de control. En consecuencia, puede ser necesario implementar módulos de procesamiento de señales en el RIS para responder a las señales de control.
La implementación de hardware de RIS se basa en el concepto de “metasuperficie”, cada elemento de la cual es una unidad estructural programable de sublongitud de onda compuesta de metamateriales bidimensionales En la práctica, la matriz de puertas programables en campo (FPGA) se puede utilizar como un controlador para lograr un control flexible del RIS,
Los elementos de recolección de energía están conectados con una pieza de hardware de almacenamiento de energía. , que puede almacenar la energía recolectada y respaldar la energía
Modos de operación 1) RIS centralizado 2) RIS Distribuido no cooperativo:
Sustainable RF Wireless Energy Transfer for Massive IoT: Enablers and Challenges [18]
El suministro confiable de energía y la depender de baterías es
rentable para unos pocos dispositivos, os, no es una solución de carga escalable ni sostenible a medida que la red crece masivamente.
la transferencia de energía
inalámbrica por radiofrecuencia sostenible surge como una solución atractiva para cargar de manera eficiente la próxima generación de
dispositivos IoT de consumo ultrabaja
Destaca la carga sostenible es más amplia que la carga ecológica convencional
Analiza las implicaciones económicas de alimentar transmisores
de energía con fuentes de energía ambientales
Descripción
general de diferentes métodos para modelar el proceso de llegada de energía de fuentes de energía ambientales y analizamos su aplicación en
diferentes casos de uso
PROBLEMA . Esto significa que los reemplazos de baterías pueden aumentar
más rápido que la cantidad de dispositivos conectados, lo que aumenta los costos
operativos de las empresas y la contaminación ambiental si los desechos
electrónicos no se eliminan correctamente
el mantenimiento de dispositivos IoT que operan en áreas remotas,
integrados en infraestructura civil o implantes médicos, representa una operación
A medida que crece la popularidad de las aplicaciones de IoT, mantener el riesgosa y posiblemente costosa.
Mension de Avances previos
analizamos algunas de las estrategias
para mejorar el RF-EH desde la perspectiva del receptor.
CONFIGURACIONES AVANZADAS DE RECTENNA
Este artículo profundiza en los facilitadores tecnológicos y los desafíos de la WET sostenible. Nuestras contribuciones son en sexto lugar:
• Definimos la WET sostenible para respaldar la escalabilidad de IoT. Además, analizamos los facilitadores tecnológicos para hacer realidad los pilares clave de la WET sostenible indicados en
la introducción.
• Ilustramos cómo la WET sostenible reduce los costos generales en comparación con las implementaciones de WET tradicionales e IoT alimentadas por batería a través de un ejemplo numérico de juguete. Para establecer una base consistente para la comparación, proponemos escalar los gastos generales en función del costo de la energía consumida por las implementaciones de los PB.
• Analizamos el impacto de las fuentes de energía ambientales en la implementación óptima de los PB. Un ejemplo numérico de juguete muestra que la solución de posicionamiento óptima de los PB intercambia la energía recolectada en los PB con la recolectada en los dispositivos IoT cuando se emplean antenas omnidireccionales.
• Analizamos las mejoras tecnológicas en los receptores RF-EH. Primero mostramos el impacto de las redes ultradensas para hacer que la RF-EH sea atractiva en la práctica.
Luego, explicamos las configuraciones de RF-EH que operan en múltiples bandas de frecuencia y niveles de potencia de entrada.
Por último, también analizamos los beneficios de los receptores de antena múltiple y presentamos un ejemplo numérico que compara el rendimiento de dos arquitecturas diferentes para RF-EH ambiental.
• Destacamos los beneficios de las estrategias WET de baja complejidad para lograr soluciones rentables. Luego, presentamos un ejemplo práctico de optimización de la cantidad de cadenas de RF que requiere un PB para satisfacer las demanda de carga de una implementación de IoT.
• Identificamos desafíos y direcciones de investigación para hacer realidad nuestra visión. También explicamos los posibles requisitos de cada solución candidata.
IV. BAJA COMPLEJIDAD, CONSCIENTE DE LA CONTAMINACIÓN Y B. CONFIGURACIONES AVANZADAS DE RECTENNA C. RECEPTORES RF-EH MULTIANTENA SEGURO MOJADO
A. ESTRATEGIAS HÚMEDAS DE BAJA COMPLEJIDAD
B. ESTRATEGIAS HÚMEDAS CONSCIENTES DE LA CONTAMINACIÓN
C. ESTRATEGIAS DE SEGURIDAD EN CASO DE HUMEDAD
V. ORIENTACIONES CLAVE DE LA
INVESTIGACIÓN
A. ALGORITMOS DE IMPLEMENTACIÓN DE GPBS ROBUSTOS
B. ESTRATEGIAS HÚMEDAS INTELIGENTES Y ADAPTATIVAS
C. COMERCIO EFICIENTE DE ENERGÍA
D. IMPACTO AMBIENTAL DE LA HUMEDAD
E. ESTRATEGIAS DE OPTIMIZACIÓN DE EXTREMO A EXTREMO
F. TRANSACCIONES ENERGÉTICAS SEGURAS
G. RENDIMIENTO CUMPLE CON LAS NORMAS DE CONDUCCIÓN EN HÚMEDO
Los resultados demostraron que la implementación de gPB puede reducir los costos generales en comparación con las implementaciones tradicionales de WET e IoT asistidas por batería. Analizamos diferentes modelos para describir la disponibilidad de fuentes de energía ambientales y su relevancia para lograr implementaciones óptimas de gPB y permitir una RF-EH ambiental confiable.
Los resultados demostraron que la implementación de gPB puede reducir los costos generales en comparación con las implementaciones tradicionales de WET e IoT asistidas por batería. Analizamos diferentes modelos para describir la disponibilidad de fuentes de energía ambientales y su relevancia para lograr implementaciones óptimas de gPB y permitir una RF-EH ambiental confiable.
Desarrollamos diferentes implementaciones para transmisores de energía
verde e ilustramos casos de uso relevantes. Revelamos conocimientos
para implementar circuitos RF-EH mejorados y transmisores multiantena
de baja complejidad.
RF Energy Harvesting and Wireless Power [19]
El
crecimiento exponencial de dispositivos conectados de forma inalámbrica y de bajo consumo
(se estima que habrá 40 mil millones de dispositivos en 2025
En este artículo, presentamos inicialmente una breve reseña histórica de estas tecnologías. Se discuten los principales desafíos técnicos de las rectenas y los transmisores WPT.
presenta los avances recientes en el desarrollo de estas tecnologías, incluyendo la posibilidad de alimentar sistemas RFID a través de la energía de las ondas milimétricas de las redes 5G, las tendencias en el diseño de rectenas flexibles y los desarrollos tecnológicos en la transferencia inalámbrica simultánea de información y energía (SWIPT).
El uso de baterías es un desafío por una gran cantidad de razones ambientales,
económicas y prácticas
e recolectar, convertir
y finalmente utilizar la energía ambiental; esto se conoce como recolección de
energía (EH) o recuperación de energía. Las fuentes solares, térmicas, cinéticas
y de radiofrecuencia (RF) son soluciones potenciales para el funcionamiento
autónomo de la Internet de las cosas (IdC) y los dispositivos máquina a máquina
Presentamos los avances recientes de las tecnologías RF
EH y WPT junto con las direcciones futuras de investigación. Inicialmente
presentamos una breve historia sobre el desarrollo de estas tecnologías,
comenzando con las ecuaciones de Maxwell hasta el presente (Sección II). Para
evaluar la viabilidad de RF EH, primero necesitamos comprender los niveles de
potencia disponibles en el entorno [10], [11], [12] , [13], [14], [15]. La Sección
III resume una serie de campañas de medición de potencia de RF ambiental
que se han realizado en todo el mundo y destaca las bandas con mayor
densidad de potencia en ciudades y áreas suburbanas. A pesar de la
disponibilidad de RF ambiental de baja potencia, la aparición de dispositivos y
aplicaciones modernas de potencia ultrabaja hacen que hoy en día la tecnología
RF EH sea una solución atractiva [16], [17], [18], [19].
La Sección IV analiza los
desafíos del diseño de rectificadores de alto rendimiento y revisa la eficiencia
de rectificación de última generación en función de la potencia de entrada y la
frecuencia de operación.
A medida que más y más ciudades implementan infraestructura 5G, se debe considerar e investigar profundamente la posibilidad de utilizar las frecuencias de onda milimétrica (mm) y de banda media 5G para las tecnologías mencionadas anteriormente.
La Sección VII se centra en la disponibilidad y las propiedades de la energía de onda milimétrica 5G, y presenta la nueva perspectiva de utilizar la energía de onda milimétrica 5G para sistemas de identificación por radiofrecuencia (RFID). La combinación de fuentes de energía electromagnética con señales de comunicación ha desencadenado el interés de la investigación recientemente.
En esta última década, las técnicas para la transferencia inalámbrica simultánea de información y energía (SWIPT) se han abordado ampliamente en el campo RFID y más allá [21], [22]. La alimentación inalámbrica simultánea y la comunicación de datos se pueden lograr con operaciones de transceptores en el campo reactivo cercano a frecuencias bajas (30-300 kHz) y altas (3-30 MHz) o en el campo radiativo lejano, explotando microondas (300 MHz- 30 GHz) y ondas milimétricas (30-300 GHz).
La SWIPT de campo cercano (NF) implica un acoplamiento magnético o eléctrico reactivo mutuo, dependiendo del hecho de que se utilicen bobinas inductivas o electrodos capacitivos para el intercambio de energía y datos, respectivamente. Normalmente, los niveles de potencia para la transmisión de potencia cubren el rango de unos pocos W a kW, mientras que para la transferencia de datos se involucran niveles más bajos (μW a mW). En la SWIPT de campo lejano (FF), las fuentes de energía están más alejadas de la aplicación objetivo.
La Sección VIII proporciona una descripción general de los desarrollos recientes de SWIPT, incluidos los sistemas de campo cercano y de campo lejano. En resumen, la estructura de este artículo es la siguiente.
La Sección II presenta una breve descripción histórica de las tecnologías RF EH y WPT. La Sección III se centra en los niveles de potencia ambiental disponibles para aplicaciones de recolección de energía RF, mientras que la Sección IV está dedicada a la eficiencia de rectificación de los sistemas RF EH con énfasis en el modelado y las tecnologías de diodos.
La Sección V se centra en las rectenas flexibles y la Sección VI analiza el lado del transmisor de un sistema WPT de campo lejano. La sección VII analiza la nueva perspectiva de utilizar la energía de las ondas milimétricas 5G para alimentar los sistemas RFID, mientras que la sección VIII presenta los avances recientes en las tecnologías SWIPT. Por último, la sección IX concluye este artículo.
Una referencia fundamental para construir dispositivos inalámbricos
autónomos energéticamente basados en el reciclaje de energía de RF ambiental
es comprender cuánta energía de esa energía está disponible en nuestro
entorn
M ENSION DE diferentes
de fuentes de energía ambiental en la rectificación híbrida, técnicas
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[19] K.
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