[发明专利]无线供电通信网络混合用户方案系统及吞吐量的优化方法

权利要求书

1.无线供电通信网络混合用户方案系统，其特征在于：所述系统中包含一个HAP和K个用户，所述WPCN中包含分别采用HTT模式和BackCom模式的两类用户，所述K个用户中包含K_h个工作在HTT模式的用户和K_b＝K-K_h个工作在BackCom模式的用户，所述用户以TDMA模式传输或者反射信息，此时用以传输能量的专用时隙同时也被分配给采用BackCom模式的用户来反射信息，混合用户方案中两类用户分别在不同时隙工作，因而该方案可以充分利用整个时隙传输信息，其中工作在HTT模式的用户配有超级电容器来存储采集的能量；所述工作在HTT模式和BackCom模式的用户分别用符号U_i,i＝1,…,K_h和V_j,j＝1,…,K_b表示，所述HAP含有两根天线并采用全双工FD模式，所述用户均含有一根天线；所述HAP采用连续干扰抵消技术来消除信号自干扰，假设HAP配备固定的能量供给，而所有用户本身不含有能量；对于工作在HTT模式的用户，假设HAP和用户U_i间的下行信道功率增益、用户与HAP间上行信道功率增益分别用符号h_i和g_i表示；假设h_i和g_i为平坦衰落信道，所有信道增益在每个传输时间块内保持稳定，而在不同时间块内信道增益可能发生改变。

2.无线供电通信网络混合用户方案系统吞吐量的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：划分时隙、计算各个用户收集到的能量及HTT模式用户的吞吐量；

步骤二：计算BackCom模式用户的吞吐量和系统的总吞吐量；

步骤三：根据已经求得的系统总吞吐量，列出网络中系统吞吐量的优化问题并将其改写为凸优化问题；

步骤四：对吞吐量优化问题进行求解。

3.根据权利要求2所述的无线供电通信网络混合用户方案系统吞吐量的优化方法，其特征在于：所述的一个传输块内研究WPCN中的混合用户方案，定义一个传输块的时间为T，所有用户都采用TDMA模式进行信息的反射或者传输，将时长为t₀的第一个时隙分配给所有采用BackCom模式的用户，对应信息反射阶段；时长分别为t_i的时隙依次分配给采用HTT模式的用户U_i，对应信息传输阶段；因而，可得时间约束在整个传输块内，所述HAP以功率P广播射频信号，对于HTT模式，考虑到超级电容器的高自放电特性，假设U_i只能利用在其传输信息之前采集的能量；

为避免能量浪费，假设用户U_i采集的能量都用以传输信息，因而，用户U_i的吞吐量为：

其中W为系统带宽，σ²是HAP处的噪声功率。

4.根据权利要求2所述的无线供电通信网络混合用户方案系统吞吐量的优化方法，其特征在于：所述采用BackCom模式的用户V_j在t₀内以TDMA反射信息，将t₀进一步分成K_b个子时隙，每个子时隙的时长定义为τ_j，满足在τ_j内，用户V_j反射信息给HAP，其他BackCom用户处于静默状态而不反射信息；BackCom用户的工作状态由HAP负责调度控制，对于BackCom模式，采用环境反向散射模式，用户V_j的反射信息速率用表示；用户V_j的反射信息速率由用户本身的电路决定，与环境参量无关，因而为定值，基于此，所述采用BackCom模式的吞吐量表示为：

根据公式(1)和(2)，系统的总吞吐量表示为：

5.根据权利要求3、4所述的无线供电通信网络混合用户方案系统吞吐量的优化方法，

其特征在于：所述定义和优化问题定义为：

定义问题(4)的最优解为和在给定t₀的情况下，最大化系统总吞吐量相当于分别最大化和

6.根据权利要求5所述的无线供电通信网络混合用户方案系统吞吐量的优化方法，其特征在于：问题(4)的最优解满足：

其中其中是Lambert W-函数。