随着物联网的蓬勃发展和绿色通信理念的深入人心,学者们的关注点集中在提高无线通信资源的利用率以及将可再生能源作为无线通信网络的主要供能手段。考虑到物联网中大规模部署的传感器等低功耗设备,由于数量极大,且可能分布在恶劣生态环境中,人工更换电池或者有线充电通常很难实现。为保证移动终端可以持续工作,基于射频(Radio Frequency,RF)信号的能量采集(Energy Harvesting,EH)技术成为近年来广泛研究的热点。基于此,无线供电通信网络(Wireless Powered Communication Network,WPCN)得到了广泛应用,其中无线设备通过能量采集技术实现对自身的远程供电,延长了能量受限设备的使用寿命。然而,WPCN目前的实际应用仍面临诸多不足,例如较低的能量传输效率、用户公平性和系统吞吐量等。另一方面,非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)技术作为面向5G的关键技术,能够提供更高的频谱效率,为节约资源提供了极大的便捷。为此,有学者将NOMA技术引入WPCN中,在上行链路的信息传输中使用NOMA技术允许多个用户同时传输信息,大大增加了用户公平性和系统吞吐量。对于基于NOMA的WPCN,需要统筹考虑采集能量的大小、信息的传输时间以及连续干扰抵消(Successive Interference Cancellation,SIC)技术的约束性等问题,因此时间和功率等资源分配问题变得很复杂。面对未来通信中海量信息传输的实际需求,如何优化基于NOMA的WPCN的传输方案以提升系统吞吐量具有重要的研究意义。针对这样的研究背景,本文的主要工作和创新点归纳如下:(1)NOMA-WPCN中的SIC约束条件对系统吞吐量以及用户公平性都会产生影响,当用户数量增多时更为明显。为此,本文针对NOMA-WPCN,提出一种新场景:将网络内的用户进行分簇,其中所有用户先从电桩处采集能量,簇内的用户再利用先前采集的能量以NOMA的方式同时向基站传输信息,基站处利用SIC技术对信息进行解调,簇与簇之间则以时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)的方式向基站传输信息。由于能量传输阶段采集到的能量影响着用户的发射功率,因此本文研究了联合优化能量传输时间、信息传输时间和用户发射功率来最大化系统吞吐量。考虑到用户节点采集能量的因果性和SIC约束条件,本文构建了优化问题,并证明了该优化问题为凸问题。通过优化功率和时间分配,提出了最优的时间分配方案。仿真结果表明:与不进行用户分簇的NOMA-WPCN相比较,本章提出的时间优化算法对于系统吞吐量有明显提升。仿真实验同时也揭示了SIC约束中的门限功率对于NOMA-WPCN系统吞吐量的影响。(2)为进一步扩展网络覆盖范围,本文将无线供电通信网络延伸到网络存在中继的场景中。为改善系统的性能和提升用户的系统吞吐量,本文考虑了基于NOMA的无线供电中继网络方案。该方案的系统吞吐量受限于中继采集能量的因果性以及发射功率。在能量与信息的传输过程中,中继首先采集基站广播的射频能量,其次用户通过时分多址方式向中继传输信息,经中继解码转发后,所有中继利用采集的能量通过NOMA方式同时向基站发送信息,在此场景下构建网络吞吐量的优化模型。为得到最大的系统吞吐量,对能量传输时间与信息传输时间进行优化分配,通过设计有效算法获得问题的最优解。仿真结果验证了所提方案的性能优越性,相较于采用两跳相等时间分配的无线供电中继网络,本文提出的方案能得到更大的系统吞吐量。使用了NOMA,在最大化系统吞吐量的同时,中继的位置布局也更加灵活。