[发明专利]一种智能反射面辅助的无线供电系统的方法与装置

权利要求书

1.一种智能反射面辅助的无线供电系统的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：建立智能反射面IRS辅助的无线供电系统的系统模型；

S2：提出一种“功率分配-先收集再传输”的新型传输策略，在τ₀阶段为无线能量传输阶段，基站向IRS和IoT设备提供无线能量传输服务，对IRS收集到的能量，一部分先满足电路运行，剩下的能量信号将被反射到IoT设备中去，基于此，定义了一个反射因子，即ε∈[0,1]；τ_k,k∈[1,K]为无线信息传输阶段的传输时隙；规划出目标函数，联合优化设备的发射功率、智能反射面反射相位以及无线能量/信息传输时隙来最大化系统总吞吐量；系统之间的信道建模为莱斯信道，在用户发射功率、IRS反射相位和传输时隙的约束下，系统最大吞吐量的表述如下：

s.t.τ_k(P_k+P_c,k)≤E_PS,k, (1a)

ε∈[0,1], (1c)

α_k,n∈[0,2π], (1e)

τ_k≥0,P_k≥0, (1f)

其中，P_k,P_c,k和P_c,IRS为设备的发射功率，设备的电路损耗功率和IRS的损耗功率，第k个用户的功率消耗不能超过它在无线能量传输阶段采集到的能量，在问题(1)中，(1a)代表第k个设备的发射功率约束，(1b)代表IRS的能量约束，(1c)为IRS的反射因子，(1d)为系统传输时隙约束，(1e)为IRS的反射相位约束，(1f)为IoT设备的发射功率和传输时隙的约束；

S3：将目标函数分解为可独立解决的两个子问题并利用拉格朗日乘子法和KKT条件，通过交替优化算法推导处计算系统最大吞吐量的最优闭式解；

首先对建立的问题进行拆分为两个可单独解决的子问题，对于第一个子问题即在无线信息传输阶段的最优IRS相位，通过对问题(1)的观察，发现对问题(1)的优化等效于对下列部分的优化：

s.t.α_k,n∈[0,2π]

对于第二个在无线能量传输阶段中最优传输时隙和IRS反射相位的子问题，采用交替迭代优化算法去推导其最优解。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

该系统包含1个单天线基站、1个单天线的过程节点、K个单天线用户以及一个配备N个反射单元的智能反射面，提出一种“功率分配-先收集再传输”的新型传输策略。

3.一种实施权利要求1-2任意一项所述的智能反射面辅助的无线供电系统的方法的装置，包括：

模型建立模块，用于建立智能反射面IRS辅助IoT的上下行链路系统模型；

方程构造模块，用于联合优化设备发射功率、IRS反射相位以及无线能量/信息传输阶段的传输时隙来计算系统最大的吞吐量；

迭代处理模块，用于将规划出的问题分解为两个可单独解决的子问题，推导出无线信息阶段子问题相位的闭式解，在无线能量传输阶段子问题利用交替迭代算法计算出最优解，联合得到系统最大吞吐量的最优解；

所述模型建立模块包括：

第一建模单元，用于在基站配备1个天线，每个用户配备1个天线，一个单天线的过程节点以及配备N个反射单元的IRS；

第二建模单元，考虑IRS的入射角以及发射角，建立IRS与基站和过程节点的莱斯信道，获得有效的信道状态信息。