[发明专利]基于IRS的无线能量传输网络的用户总速率最大化方法

说明书

本发明公开了一种基于IRS的无线能量传输网络的用户总速率最大化方法，包括：建立基于IRS辅助的无线能量传输网络系统模型；获取PTBS到用户、PTBS到IRS、IRS到用户、用户到IRS、IRS到IRBS和用户到IRS的传输信道状态信息；根据所述传输信道状态信息传输信道状态信息，联合优化时间分配变量α、PTBS的能量束矩阵V、IRBS的接收波束成形矩阵W以及上下行的IRS反射角θ^d和θ^u构建用户总速率最大化优化问题；求解所述用户总速率最大化优化问题的最优参数。有益效果在于：本发明利用智能反射面的优势并将其加载到无线能量传输网络之中，采用坐标块下降算法、连续凸逼近以及最小化权重均方误差来实现对PTBS和IRBS波束成形向量以及智能反射面板反射角的优化，进而实现用户传输速率最大化。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于IRS的无线能量传输网络的用户总速率最大化方法。

背景技术

目前，智能反射面已成为人们研究的重点之一。它具有成本低廉、无需额外电源、易于布置以及拥有大概率的视距通信。这些优点一直是传统基站所无法克服的。另外，它可以通过调节控制信号的反射角有效地提高信号的传输，是作为辅助通信的有效手段，因此智能反射面具有很大的应用前景。目前许多研究成果主要集中于利用智能反射面来提高用户总传输速率、增强边缘用户服务质量以及提高通信安全性等。

无线能量传输网络随着数据时代的发展也成为人们关注的一大热点。在该网络中，用户只装载着一个可以从基站获取能量的能量存储设备。当系统需要采集用户周围的信息等时，用户端可以先通过接收基站发射的能量信号进行充能，然后利用所得到的能量实现信息的传输。由于能量信号和信息的传输中总会遇到各种障碍物阻挡，信号的传输会受到很大影响，这导致无线能量传输网络的效率很低。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于IRS的无线能量传输网络用户总速率最大化方法及系统，结合智能反射面的优点，将其引入到无线能量传输网络中，利用它具有的视距通信来有效提高用户的传输速率。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种基于IRS的无线能量传输网络的用户总速率最大化方法，包括：

S1：建立基于IRS辅助的无线能量传输网络系统模型；

S2：获取PTBS到用户、PTBS到IRS、IRS到用户、用户到IRS、IRS到IRBS和用户到IRS的传输信道状态信息；

S3:根据所述传输信道状态信息传输信道状态信息，联合优化时间分配变量α、PTBS的能量束矩阵V、IRBS的接收波束成形矩阵W以及上下行的IRS反射角θ^d和θ^u构建用户总速率最大化优化问题；

S4:求解所述用户总速率最大化优化问题的最优参数。

进一步地，所述步骤S1具体包括：

建立基于IRS辅助的无线能量传输网络系统模型，包括PTBS、IRBS、K个单天线用户设备以及一个包含N_r个单元的IRS，其中PTBS和IRBS的天线数量为N_b；

所述PTBS发送的能量信号直射至所述K个单天线用户设备，并通过所述IRS反射至所述K个单天线用户设备；

所述K个单天线用户设备通过获取的能量发送信息信号，所述K个单天线用户设备发送的信息信号直射至所述IRBS，并通过所述IRS反射至所述IRBS。

进一步地，所述步骤S3具体为将所述用户总速率最大化优化问题可以表述为：

其中表示PTBS的最大传输功率。