무선전력 통신네트워크를 위한 Backscatter 통신

Abstract

본 논문에서는 무선 센서 네트워크 환경에서 전력의 제약이 있는 센서들의 장거리통신을 가능케 하는 backscatter 통신에 대해 소개하고, 이를 접목해 무선전력 통신네트워크(wireless-powered communication networks, WPCN)의 doubly near-far 문제를 해결하는 방안을 논의한다. Backscatter에 기반한 WPCN에서 유저들은 하이브리드 엑세스 지점으로부터 전송되는 신호와 반송파 송신기로부터 전송되는 반송파 신호로부터 에너지를 수집한 후, 주파수 편이 변조를 이용한 반송파 신호의 반사를 통해 정보를 전송하게 된다. 위의 통신환경에서 energy-free 조건과 신호대 잡음비 outage 영역을 정의한다. 또한 본 논문에서는 에너지 수집과 정보 전송을 위한 최적의 시간 할당 방법을 제안하고, 이를 통해 시스템 전체의 정보전송 효율을 최대화할 수 있는 backscatter 기반의 수집 후 전송 프로토콜을 설계한다. 실험결과를 통해 제안한 backscatter 기법이 종래의 WPCN에 비해 광범위한 서비스 영역과 축소된 신호대 잡음비 outage 영역을 갖는 것을 보였고, 정보전송 효율을 최대화할 수 있음을 보였다. In this paper, we introduce backscatter communication for power-limited sensors to enable long-range transmission in wireless sensor networks, and envision a way to avoid doubly near-far problem in wireless-powered communication network (WPCN) with this technology. In backscatter based WPCN, users harvest energy from both the signal broadcasted by the hybrid access point and the carrier signal transmitted by the carrier emitter in the downlink, and then transmit their own information in a passive way via the reflection of the carrier signal using frequency-shift keying modulation in the uplink. We characterize the energy-free condition and the signal-to-noise ratio (SNR) outage zone in backscatter based WPCN. Further, we propose backscatter based harvest-then-transmit protocol to maximize the sum-throughput of the backscatter based WPCN by optimally allocating time for energy harvesting and information transmission. Numerical results demonstrate that the backscatter based WPCN increases significantly the transmission range and diminishes greatly the SNR outage zone.