709 浏览无线供电反向散射通信网络基于传输公平的吞吐量优化研究
摘要：随着5G以及物联网（Internet of Things,Io T）的飞速发展,海量无线设备被接入无线通信网络中,传统供电方式将无法满足未来通信需求,为能源短缺网络提供可持续能源供应已经迫在眉睫。因此,无线供电通信网络（Wireless Powered Communication Networks,WPCN）和反向散射通信（Backscatter Communication,BC）将成为未来Io T领域中关键的两种技术。其中,WPCN能够支持能量受限设备的远距离信息传输,但每次信息传输前都需要花费一定的时间获取能量。而BC是通过RF信号瞬时激发的形式反射信息,基本不需要时间获取能量,而且被动传输产生的能耗很低。但是BC的传输速率也较低,并且由于依赖入射信号的指示,其主动性较差。因此本文将BC和WPCN进行联合设计,构建无线供电反向散射通信网络（Wireless Powered Backscatter Communication Networks,WPBCN）,充分结合两者的优势,分析WPBCN系统中的资源优化分配问题,以达到均衡系统公平性和吞吐量优化的目的。综上所述,本文的主要研究工作和创新点如下:为了解决传统双跳WPCN“双远近效应”引起的不公平问题,以及弥补因考虑公平性损失掉的系统容量,本文将BC引入传统双跳WPCN中,提出一种新的双跳WPBCN网络。在该网络中,当一个中继从HAP收集能量时,另一个中继会将相应用户的部分数据反向散射到HAP,反之亦然;随后,两个中继再利用获取到的能量将剩余数据放大转发到HAP。本文以最大化共同吞吐量为目标,提出一种适用于双跳WPBCN网络的时间优化算法,分别计算该网络中继反向散射时间、获取能量时间以及信息转发时间的近似最优解。最后,仿真数据表明与单一模式相比,在公平性得到保障的情况下,本方案能够进一步提高系统吞吐量。虽然双跳WPBCN网络可以兼顾公平性和吞吐量优化,然而两个用户的系统设定限制了其在实际中的广泛应用。因此,本文进一步将两个用户的双跳WPBCN网络拓展到多用户普适情况,扩大WPBCN的应用范围。在该网络系统中,某一个无线设备进行反向散射时,其他无线设备可以同时获取能量,反向散射和信息传输以TDMA的方式被分配到两个不同的时隙,充分利用整个时间段反射或传输信息,有效提高了系统的时间利用率。为了均衡考虑吞吐量优化和公平性问题,本文提出最小吞吐量最大化准则,通过引入额外变量将原始非凸问题转换为凸优化问题,进而计算得到最优时间分配的闭式解。仿真结果表明,与结合BC和WPCN但不考虑公平性的方案以及考虑公平性但只有WPCN的方案比较,本文所提方法不仅能确保较好的用户公平性,同时可以实现较高的系统吞吐量。
关键词：无线供电通信网络;反向散射通信;
文章目录
摘要
abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 研究现状
1.2.1 无线能量传输技术的研究现状
1.2.2 无线供电通信网络的研究现状
1.2.3 反向散射通信技术的研究现状
1.2.4 反向散射辅助的无线供电通信网络的研究现状
1.3论文的主要研究内容及组织结构
1.3.1 主要研究内容与创新
1.3.2 本文的结构安排
第二章 WPCN与反向散射技术综述
2.1 无线供电通信网络基础介绍
2.1.1 RF能量传输技术简介
2.1.2 WPCN基本模型
2.2 反向散射通信技术基础
2.2.1 反向散射通信原理
2.2.2 反向散射通信关键技术
2.3 本章小结
第三章 双跳WPBCN基于传输公平的吞吐量优化
3.1 引言
3.2 系统模型
3.2.1 系统描述
3.2.2 吞吐量描述
3.3 基于传输公平的吞吐量优化方案
3.4 仿真结果与分析
3.5 本章小结
第四章 多用户WPBCN基于传输公平的吞吐量优化
4.1 引言
4.2 系统模型
4.2.1 系统框架
4.2.2 最优问题的提出
4.3 所提方案的最优时间分配算法
4.4 仿真结果与分析
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 研究工作总结
5.2 未来研究展望
参考文献
[1]全双工环境反向散射通信网络的绿色物联网[J]. 李皎皎,冯锋. 现代电子技术. 2019(22)
[2]6G移动通信技术展望[J]. 张平,牛凯,田辉,聂高峰,秦晓琦,戚琦,张娇. 通信学报. 2019(01)
[3]反向散射通信技术与物联网[J]. 王公仆,熊轲,刘铭,高飞飞,钟章队. 物联网学报. 2017(01)
