[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

说明书

本发明公开了一种反向散射通信辅助无线供电通信网络系统及优化方法。无线供电通信网络(WPCN)有两种主要的工作模式，分别为采集再传输(HTT)模式和反向散射通信(BackCom)模式。本发明研究了WPCN中两种模式的融合方案，充分利用两者的优点。对于该方案，每个用户可采用HTT模式或者BackCom模式，所有用户以时分多址(TDMA)模式调用。在每个用户分配的时隙内，用户依次工作在HTT模式和BackCom模式。相较于单一模式方案，混合模式方案中工作模式的选择具有更大的灵活性。对于混合模式方案，分析得到最优的用户工作模式组合，在各个用户分配的时隙内，用户只采用HTT模式和BackCom模式中的一种。根据得到的工作模式组合，给出了最优时间分配的闭式解，仿真结果验证混合模式方案的性能优越性。

技术领域

本发明属于无线能量传输技术领域，具体涉及一种反向散射通信辅助无线供 电通信网络系统及优化方法。

背景技术

目前无线供电通信网络(Wireless Powered Communication Network,WPCN) 通常采用采集再传输(Harvest-then-Transmit,HTT)模式，根据HTT模式，用户总 是先采集能量并将采集的能量存储起来，当用户有通信需要时再利用采集的能量 传输信息。然而，能量采集时间必然占据整个时间周期的一部分，特别是对于离 混合接入点(Hybrid AccessPoint,HAP)距离较远的用户，通常需要较长的时间才 能采集到足够的能量。当用户存在信息需要传输时，如果用户尚未采集到足够的 能量，那么信息传输的实时性或者数据量会受到很大的影响。

反向散射通信(Backscatter Communication,BackCom)模式也是WPCN的一 种工作模式。对于BackCom模式，相较于信息反射的时间，用以采集能量的时 间可以忽略不计，即用户可以实时反射入射信号以实现信息的传输。当然，这种 模式也有缺点，不同于HTT模式利用采集的能量的主动通信，利用BackCom模 式的通信依赖于实时的入射信号。当用户无法接收到入射信号时，信息的反射无 法实现。对于存在混合用户的网络场景，可以充分利用HTT模式和BackCom模 式的优势，以增强网络性能。

发明内容

为了解决现有技术中HTT模式和BackCom模式各自的特点与不足，本发明 针对WPCN，研究了HTT和BackCom两种模式在WPCN中的融合方案，考虑 了混合模式方案。对于该方案，每个用户可采用HTT模式或者BackCom模式， 所有用户以TDMA模式调用。在每个用户分配的时隙内，用户依次工作在HTT 模式和BackCom模式。相较于单一模式方案，混合模式方案中工作模式的选择 具有更大的灵活性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种反向散射通信辅助无线供电通信网络系统，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。

本发明还包括一种反向散射通信辅助无线供电通信网络系统的优化方法，包 括如下实施步骤：