[发明专利]反向散射通信辅助无线供电通信网络系统及优化方法

权利要求书

1.反向散射通信辅助无线供电通信网络系统，其特征在于：所述系统包含一个HAP和K个带有超级电容器的用户，基于HTT和BackCom两种模式在WPCN中的融合方案为基础，所述用户在某个时隙可以自适应在HTT和BackCom两种模式下进行切换，所述用户用符号U_i,i＝1,…,K表示，所述HAP和用户间的下行信道功率增益、用户与HAP间的上行信道功率增益分别用符号h_i和g_i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，同时假设HAP完美已知所有的信道状态信息。

2.反向散射通信辅助无线供电通信网络系统的优化方法，其特征在于：包括以下实施步骤：

步骤一：划分时隙、计算各个用户收集到的能量及HTT用户的吞吐量；

步骤二：计算BackCom模式得到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：针对两个用户场景，求出优化问题的闭式解，为了解决K＝2对应的问题，设计了两步法，即先求解单用户场景的最优时间分配方案，再据此求解两个用户场景的最优解；

步骤五：根据步骤四中求得的两个用户场景的闭式解，根据该闭式解揭示的规律，进一步求解三个用户场景的闭式解。

3.根据权利要求2所述的反向散射通信辅助无线供电通信网络系统的优化方法，其特征在于：所述给定的传输块内研究混合模式方案取得的系统性能，定义一个传输块的时间为T，所述整个传输块被分成K+1个主时隙，每个主时隙对应的时间周期为t_i,i＝0,…,K；在t₀内，HAP向所有用户广播能量信号，t_i,i＝1,…,K分配给U_i，U_i对应的主时隙进一步分为三个子时隙，分别表示为α_i，β_i和t_i-α_i-β_i，其中α_i和β_i分别用以HTT模式中的能量采集和信息传输，t_i-α_i-β_i用于BackCom模式的信息反射；所述系统中用户的工作时间调度和工作模式的选择由HAP控制，考虑到超级电容器的高自放电特性，假设每个用户只能利用其在传输信息之前采集的能量；所述整个传输块内，HAP以功率P广播无线射频信号；

用户U_i采集的能量用符号E_i表示，E_i表示为：

其中为用户U_i采集能量的时间，η_i为能量采集的效率，利用采集的能量E_i，用户U_i在时间β_i内发送信息，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，即E_i在β_i时间内都被用于以HTT模式发送信息，用户U_i采用HTT模式得到的吞吐量表示为：

其中W为系统带宽，

4.根据权利要求2所述的反向散射通信辅助无线供电通信网络系统的优化方法，其特征在于：对于BackCom模式，采用环境反向散射模式，用户的反射信息速率用表示，所述采用BackCom模式得到的吞吐量表示为：

根据公式(2)和(3)，系统的总吞吐量表示为：

5.根据权利要求3和4所述的反向散射通信辅助无线供电通信网络系统的优化方法，其特征在于：所述定义t＝[t₀,t₁,…,t_K]，α＝[α₁,…,α_K]和β＝[β₁,…,β_K]，优化问题定义为：

6.根据权利要求5所述的反向散射通信辅助无线供电通信网络系统的优化方法，其特征在于：所述对于两个用户场景，问题(5)的最优解是：