[發明專利]基于IRS輔助分布式射頻攜能傳輸系統及用其提高能量收集效率的優化方法

在審

• 申請號: 202210285824.2
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114665942A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 張海洋;代海波;黃偉;孫萍;張行;許善玉
• 申請（專利權）人: 南京比特焦耳智能科技有限公司
• 主分類號: H04B7/08
• 分類號: H04B7/08
• 代理公司: 南京中律知識產權代理事務所(普通合伙) 32341
• 代理人: 祝坤

1.基于IRS輔助分布式射頻攜能傳輸系統，其特征在于：包括智能反射面IRS、分布式射頻信號發射器/基站BS、聯合信息接收和能量收集用戶EU，通過在智能反射面IRS形成被動反射波束，對來自多個分布式無線信號發射機的射頻光束進行校準，以補償信號的衰減，其中設置B個基站BS，S個智能反射面，表示為s∈S＝{1，2...，S}，以及B個單天線用戶，表示為

2.根據權利要求1所述基于IRS輔助分布式射頻攜能傳輸系統，其特征在于：其中每個EU被一個BS分配一個專用的信號波束，實現B個傳輸接收對。

3.基于IRS輔助分布式射頻攜能傳輸系統用其提高能量收集效率的優化方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)構建權利要求1或2所述的基于IRS輔助分布式射頻攜能傳輸系統，并獲得該系統的用戶EU端的接收無線射頻能量與信號增益；

(2)建立智能反射面IRS輔助的多節點分布式無線攜能傳輸系統模型和提出最大化能量接收者中獲得能量最小值的優化問題；

(3)分別固定信號波束成形向量和固定反射波束成形向量，將步驟(2)中的問題轉化為兩個易于處理的子問題；

(4)采用主動波束成形和反射波束成形聯合設計的交替優化算法求解。

4.根據權利要求3所述優化方法，其特征在于：步驟(1)中，獲得系統的聯合信息接收和能量收集用戶EU端的接收無線射頻能量部分E_k和接收的信息譯碼部分的信干噪比γ_k分別為：

其中為從基站b到EU k的MIMO信道矩陣，表示為從IRS s∈S到EU的MISO信道矩陣，表示為從基站b到IRS s∈S的MIMO信道矩陣，H表示共軛轉置，θ_s，n表示IRS中第n個元素的相移，為反射相移矩陣函數，η_k表示第k個接收者的能量轉換效率，ρ_k表示數值為(0,1)的信號功率分配比例，u_s為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，和表示噪聲功率。

5.根據權利要求4所述優化方法，其特征在于：步驟(2)中，提出在保證信息傳輸質量的前提下最大化能量收集用戶中最小收集能量的優化問題：

P：

s.t.

|u_s，n|＝1，

||v_b||²≤P_b，

其中，E_k為獲得系統的能量收集用戶EU端的接收無線射頻能量，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的最大發射功率，為EUk的最小信息接收速率。

6.根據權利要求5所述優化方法，其特征在于：步驟(3)包括以下步驟：

(3.1)基于固定的信號波束優化反射波束，經過問題簡化和使用半定松弛法求解，將其問題轉化為凸優化問題：

P2.2：

s.t.

rank(Ω)＝1

|Ω_n，n|＝1，n∈{1，2，...，SN+1}

Ω≥0

其中，Tr表示跡函數；E表示所有能量收集用戶的收集能量值的下界，SN表示所有智能發射面的元素個數。

(3.2)基于固定的反射波束形成優化能量波束，利用連續凸逼近方法和應用一階泰勒展開式，以及二階錐約束，將其轉化為凸優化問題：

P3.2：

s.t.

||v_b||²≤P_b，

其中，t表示算法的迭代次數，Re表示取一個復數的實部，表示基站BSb在算法t-1次迭代時的能量波束形成矢量。

7.根據權利要求3所述優化方法，其特征在于：步驟(4)包括以下步驟：

(4.1)初始化，設置迭代的初始值n＝1，調整可行的信號波束向量

(4.2)循環迭代n＝1，2，…，進行以下循環：

步驟1：固定信號波束向量求解問題P2.2得到最優的反射相移解為和最優的和功率E^opt1；

步驟2：設置迭代初始值t＝1，以及可行的向量進行以下循環：

(4.3)固定反射波束向量基于更新的可行域向量求解問題P3.2得到最優的能量波束解為和最優的和功率E^opt2；

(4.4)更新局部點

(4.5)t＝t+1；

(4.6)直到收斂到要求的精度，結束內部循環；

(4.7)如果增加的目標函數值小于給定的門限值，停止算法；

(4.8)結束循環。