谢天怡 吕 斌 杨真真

(南京邮电大学“宽带无线通信与传感网技术”教育部重点实验室, 江苏南京 210003)

1 引言

随着物联网的迅速发展,如何延长能量受限设备的使用寿命成了亟待解决的问题。无线通信技术的飞速发展使得射频能量资源变得越来越丰富,基于射频(Radio Frequency, RF)信号的无线能量传输(Wireless Power Transfer, WPT)技术为解决该问题提供了有效途径。基于此,无线能量通信网络(Wireless Powered Communication Networks, WPCNs)正日益引起学者们的关注[1]。

近年来,WPCNs得到了广泛的研究。文献[2]提出了著名的收集再传输(Harvest-then-transmit, HTT)协议,该协议是当前WPCNs运行的主要基础。该协议包含能量收集和数据传输两个阶段,在能量收集阶段,用户(无线设备)收集基站在下行链路辐射的能量信号；在数据传输阶段,用户利用先前收集的能量以时分多址(Time Division Multiple Access, TDMA)的方式向基站发送数据。在文献[2]中,基站因仅含有一根天线只能工作在半双工(Half Duplex)模式。为了提升系统容量,文献[3]将文献[2]拓展至全双工模式。在文献[3]提出的模型中,基站含有两个天线,因此可以同时发射能量信号和接收数据。

众所周知,在认知无线电网络(Cognitive Radio Networks, CRNs)中,次网络可以有效的利用主网络的空闲频谱[4],通过感知频谱来动态管理频谱资源,以此来提高频谱利用率[5]。受文献[2]启发,文献[6]提出了一个新的网络模型：认知无线能量通信网络(Cognitive WPCNs, CWPCNs)。在该网络中,当主网络忙碌时,次发射机(Secondary Transmitter, ST)可以收集主发射机(Primary Transmitter, PT)发射的能量信号；并利用收集的能量在主网络空闲时向次接收机(Secondary Receiver, SR)发送数据。在该网络中,网络的通信性能满足干扰温度约束和主网络速率约束,通过联合优化时间和功率分配来提高次网络的吞吐量。……