[发明专利]基于IRS辅助分布式射频携能传输系统及用其提高能量收集效率的优化方法

权利要求书

1.基于IRS辅助分布式射频携能传输系统，其特征在于：包括智能反射面IRS、分布式射频信号发射器/基站BS、联合信息接收和能量收集用户EU，通过在智能反射面IRS形成被动反射波束，对来自多个分布式无线信号发射机的射频光束进行校准，以补偿信号的衰减，其中设置B个基站BS，S个智能反射面，表示为s∈S＝{1，2...，S}，以及B个单天线用户，表示为

2.根据权利要求1所述基于IRS辅助分布式射频携能传输系统，其特征在于：其中每个EU被一个BS分配一个专用的信号波束，实现B个传输接收对。

3.基于IRS辅助分布式射频携能传输系统用其提高能量收集效率的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)构建权利要求1或2所述的基于IRS辅助分布式射频携能传输系统，并获得该系统的用户EU端的接收无线射频能量与信号增益；

(2)建立智能反射面IRS辅助的多节点分布式无线携能传输系统模型和提出最大化能量接收者中获得能量最小值的优化问题；

(3)分别固定信号波束成形向量和固定反射波束成形向量，将步骤(2)中的问题转化为两个易于处理的子问题；

(4)采用主动波束成形和反射波束成形联合设计的交替优化算法求解。

4.根据权利要求3所述优化方法，其特征在于：步骤(1)中，获得系统的联合信息接收和能量收集用户EU端的接收无线射频能量部分E_k和接收的信息译码部分的信干噪比γ_k分别为：

其中为从基站b到EU k的MIMO信道矩阵，表示为从IRS s∈S到EU的MISO信道矩阵，表示为从基站b到IRS s∈S的MIMO信道矩阵，H表示共轭转置，θ_s，n表示IRS中第n个元素的相移，为反射相移矩阵函数，η_k表示第k个接收者的能量转换效率，ρ_k表示数值为(0,1)的信号功率分配比例，u_s为IRS s的反射相移向量，v_b是基站BS的b能量波束形成矢量，和表示噪声功率。

5.根据权利要求4所述优化方法，其特征在于：步骤(2)中，提出在保证信息传输质量的前提下最大化能量收集用户中最小收集能量的优化问题：

P：

s.t.

|u_s，n|＝1，

||v_b||²≤P_b，

其中，E_k为获得系统的能量收集用户EU端的接收无线射频能量，反射相移向量是基站BS b的能量波束形成矢量，P_b是基站BS的b的最大发射功率，为EUk的最小信息接收速率。

6.根据权利要求5所述优化方法，其特征在于：步骤(3)包括以下步骤：

(3.1)基于固定的信号波束优化反射波束，经过问题简化和使用半定松弛法求解，将其问题转化为凸优化问题：

P2.2：

s.t.

rank(Ω)＝1

|Ω_n，n|＝1，n∈{1，2，...，SN+1}

Ω≥0

其中，Tr表示迹函数；E表示所有能量收集用户的收集能量值的下界，SN表示所有智能发射面的元素个数。

(3.2)基于固定的反射波束形成优化能量波束，利用连续凸逼近方法和应用一阶泰勒展开式，以及二阶锥约束，将其转化为凸优化问题：

P3.2：

s.t.

||v_b||²≤P_b，

其中，t表示算法的迭代次数，Re表示取一个复数的实部，表示基站BSb在算法t-1次迭代时的能量波束形成矢量。

7.根据权利要求3所述优化方法，其特征在于：步骤(4)包括以下步骤：

(4.1)初始化，设置迭代的初始值n＝1，调整可行的信号波束向量

(4.2)循环迭代n＝1，2，…，进行以下循环：

步骤1：固定信号波束向量求解问题P2.2得到最优的反射相移解为和最优的和功率E^opt1；

步骤2：设置迭代初始值t＝1，以及可行的向量进行以下循环：

(4.3)固定反射波束向量基于更新的可行域向量求解问题P3.2得到最优的能量波束解为和最优的和功率E^opt2；

(4.4)更新局部点

(4.5)t＝t+1；

(4.6)直到收敛到要求的精度，结束内部循环；

(4.7)如果增加的目标函数值小于给定的门限值，停止算法；

(4.8)结束循环。