无人机赋能的无线携能通信网络中的吞吐量最大化

本文研究一种无人机（UAV）赋能的无线携能通信网络（WPCN），其中派遣一架 UAV 作为移动接入点（AP）周期性地服务一组地面用户。UAV 利用射频（RF）无线能量传输（WPT）在下行链路为用户充电，用户利用收集到的 RF 能量在上行链路向 UAV 发送独立信息。与具有固定 AP 的传统 WPCN 不同，UAV 赋能的 WPCN 可通过轨迹设计联合无线资源分配优化来利用 UAV 的机动性，以最大化系统吞吐量。具体地，我们旨在有限的 UAV 飞行周期内最大化所有地面用户间上行链路公共（最小）吞吐量，并受其最大速度约束与用户能量中性约束限制。所得问题为非凸因而难以最优求解。为应对该挑战，我们首先考虑无 UAV 最大速度约束的理想情形，并获得松弛问题的最优解。该最优解表明 UAV 应依次悬停于有限个地面位置进行下行 WPT，以及悬停于各地面用户上方进行上行通信。接下来，我们考虑带 UAV 最大速度约束的一般问题。基于上述多点悬停解，我们首先提出一种高效的连续悬停-飞行轨迹设计，联合下行与上行无线资源分配，然后应用交替优化与连续凸规划（SCP）技术提出局部最优解。数值结果表明，所提 UAV 赋能 WPCN 相比固定位置 AP 的传统 WPCN 获得了显著的吞吐量增益。