비선형 에너지 수확 모델을 활용한 실용적 SWIPT 설계

본 논문은 무선 정보와 전력을 동시에 전송하는 SWIPT 시스템에서 RF 에너지 수확기의 비선형 특성과 제한된 감도(센시티비티)를 고려한 모델링의 필요성을 강조한다. 연구 배경으로는 현재 상용 RFID 시스템에서 사용되는 정류기가 −35 dBm ∼ −25 dBm 수준의 감도만을 제공하며, 이는 일반 통신 수신기(−130 dBm ∼ −80 dBm)와 큰 차이를 보인다. 따라서 통신에 적합한 신호가 에너지 전송에는 부적합할 수 있음을 지적한다. 논문은 먼저 모노스태틱 백스캐터 구조를 채택한 RFID 시스템을 모델링한다. 독자는 독립적인 송신·수신 안테나가 동일한 경로 손실 L(d)와 Nakagami‑M 페이딩을 공유한다는 가정 하에, 입력 전력 Pin = L PR |h|² 를 Gamma 분포로 기술한다. 이후 태그가 전력을 수확하기 위해서는 Pin > Psen 이어야 하며, 수확된 전력 p(·) 은 입력 전력에 대한 비선형 함수로 정의된다. 저자는 기존 문헌에서 제시된 다섯 가지 비선형 모델을 정리한다. 1. **Linear Model (L)**: p₁(x)=ηL x, 감도 미반영. 2. **Constant Linear (CL)**: p₂(x)=ηCL (x−Psen) for x≥Psen, 감도 반영. 3. **Sigmoid Model**: p₃(x)=c₀/(1+e^{−a₀(x−b₀)})−c₀/(1+e^{a₀b₀}), 감도 미반영. 4. **Modified Sigmoid (with sensitivity)**: p₄(x) (식 5) 형태, 감도 반영. 5. **2차 다항식**: p₅(x)=a₂x²+b₂x+c₂, 감도 미반영; 감도 포함 시 p₆(x)=a₃(x−Psen)²+b₃(x−Psen). 6. **조각별 선형 모델**: p₇(x) 은 J 개의 구간