Análise de Sistema SWIPT utilizando PD-NOMA-OFDM: Uma Abordagem utilizando o Conceito de Rádio Definido por Software
O uso combinado das técnicas de Multiplexação por Divisão de Frequências Ortogonais (OFDM) e Acesso Múltiplo Não Ortogonal (NOMA) em redes sem fio de Quinta Geração (5G) desempenha um papel promissor para viabilizar a conectividade massiva de dispositivos da Internet das Coisas (IoT). No entanto, garantir um suprimento de energia sustentável para essas implantações massivas de IoT continua sendo um desafio. Para solucionar esse problema, a integração da Transferência Simultânea de Informação e Potência Sem Fio (SWIPT) por meio da Coleta de Energia por Radiofrequência (RFEH) surge como uma solução, permitindo que os dispositivos IoT extraiam energia diretamente dos sinais de comunicação. Contudo, a eficiência dessa arquitetura conjunta pode ser significativamente comprometida se os sinais transmitidos de acordo com a Razão de Pico para Potência Média (PAPR). Este trabalho investiga o impacto do PAPR dos sinais PD-NOMA-OFDM
na Eficiência de Conversão de Energia (PCE) de retificadores de RF ao modelar, analisar e validar experimentalmente um sistema de comunicação PD-NOMA-OFDM em conjunto com técnicas SWIPT, utilizando o conceito de Rádio Definido por Software (SDR). A metodologia abrange a formulação do sistema, simulações computacionais e a validação prática utilizando a plataforma SDR BladeRF xA9 e um retificador de RF operando em 3,5 GHz. Os resultados experimentais demonstram que o sinal PD-NOMA-OFDM não introduz penalidades adicionais à PCE do retificador em decorrência da PAPR quando comparado ao sinal OFDM convencional, viabilizando o aumento da capacidade do sistema. Foi possível encontrar uma região viável de operação conjunta entre a transmissão de dados e RFEH, no ponto de máxima eficiência do retificador (-6,7 dBm), uma PCE de 51,9% e uma taxa de erro de bit (BER) de 1,7·10−6. Adicionalmente, verificou-se que a alocação de modulações distintas para os usuários multiplexados pelo NOMA eleva o quarto momento estatístico do sinal sobreposto, o que proporciona um ganho prático de aproximadamente 3% na PCE sem a necessidade de aumentar a potência média transmitida. Conclui-se atestando a aplicabilidade prática de redes IoT baseadas em SWIPT via SDR, com trabalhos futuros direcionados à otimização do sinal para maximização do quarto momento e a expansão do sistema para arquiteturas MIMO.