[发明专利]IRS辅助的SWIPT系统中基于能效优先的波束成型优化方法

权利要求书

1.IRS辅助的SWIPT系统中基于能效优先的波束成型优化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、IRS辅助的SWIPT系统的场景假设与建模；

步骤2、设计最佳接收端能量门限值；

步骤3、固定IRS相移矩阵设计有源波束成型向量；

步骤4、固定有源波束成型向量设计IRS相移矩阵。

2.如权利要求1所述IRS辅助的SWIPT系统中基于能效优先的波束成型优化方法，其特征在于步骤1所述的IRS辅助的SWIPT系统的场景假设与建模，具体如下：

在IRS辅助的SWIPT系统中，多个天线的发送端ST通过IRS，同时向K_E个能量收集接收节点K_I个信息解码接收节点发送能量和信息；其中，i＝1,2,…,K_I，j＝1,2,…,K_E，发送端ST发送天线数M＞1，信息解码或能量收集接收节点均为单天线；其中，发送端ST到信道增益向量IRS到SR_IDi信道增益向量发送端ST到IRS信道矩阵为H_SI∈^L×M，发送端ST到信道增益向量IRS到信道增益向量定义相移矩阵G＝diag(q₁,q₂,…,q_L)，其中表示第l个IRS反射阵源的反射系数相移，q＝[q₁,…,q_L]^H为IRS中的单个反射阵源，本模型中设置幅度β＝1以获得最大反射增益；若忽略IRS二次以上反射信号功率，IRS上的最大反射无损失，则第i个信息解码接收节点接收到来自ST与IRS反射的信号为：

其中，接收信号s_i均的均值为零、方差为的循环对称复高斯信号，ST发射能量向量s_E为零均值、协方差矩阵的伪随机序列；ST发射信号向量为n_i为接收到的加性高斯白噪声，其服从均值为零、方差为i＝1,2,…,K_I的循环对称复高斯分布；

第i个信息解码接收节点的接收信干噪比为：

第j个能量收集接收节点收集的能量为：

信息解码接收节点的可达速率为：

R_i{|w_i|,θ}＝Blog₂(1+γ_i{|w_i|,θ}),i＝1,2,…,K_I (4)

其中，B表示信道带宽，ST发射信号功率为故系统总功耗为：

其中，总电路功耗P_C＝P_U+P_BS+P_IRS，P_U为移动用户终端硬件功耗，P_BS为基站硬件功耗，P_IRS为智能反射面的硬件功耗；若不考虑对分辨率的优化，ζ取1；

以最小能效最大化为优化目标，在ST功率控制、能量收集接收端能量收集约束等多约束条件下的多变量耦合非线性优化问题如下：

式(6)中C₁约束中的P_max表示ST发射功率门限，C₃约束中的Γ_j,j＝1,2,…,K_E表示的能量收集门限。