[發(fā)明專利]IRS輔助供電NOMA系統(tǒng)中最大化折中的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211422834.2
• 申請(qǐng)日: 2022-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN115767592A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田心記
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 田心記
• 主分類號(hào): H04W24/02
• 分類號(hào): H04W24/02;H04W72/044;H04W72/542;G06F17/11
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種IRS輔助供電NOMA系統(tǒng)中最大化折中的方法，適用于IRS輔助的單簇單天線NOMA WPCN系統(tǒng)。首先構(gòu)建最大化系統(tǒng)速率與能量效率折中的優(yōu)化問題，優(yōu)化參數(shù)為時(shí)間、發(fā)電站的功率和IRS相移；然后，構(gòu)建相移優(yōu)化問題，并從中分離出WET過程中的IRS相移優(yōu)化問題；其次，求解WET過程中的IRS相移，并在已知WET過程中IRS相移的情況下，求解WIT過程中的IRS相移；最后，在已知IRS相移的情況下，采用函數(shù)極值法找出最優(yōu)的時(shí)間分配和發(fā)電站的功率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其是IRS輔助供電NOMA系統(tǒng)中最大化折中的方法。

背景技術(shù)

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)是由多個(gè)反射元素構(gòu)成的面狀結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整電容、電阻、電感等參數(shù)，能控制反射元素的反射相位和強(qiáng)度，有利于提高無(wú)線通信系統(tǒng)的性能。此外，IRS具有低功耗、易部署等特點(diǎn)。因此，IRS技術(shù)是公認(rèn)的6G通信系統(tǒng)的前景技術(shù)之一。

無(wú)線供電通信網(wǎng)絡(luò)(Wireless Powered Communication Networks,WPCN)是一種新型的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。WPCN能為無(wú)線設(shè)備提供能量，無(wú)需為無(wú)線設(shè)備更換電池，有利于減少電線和排線的成本，并能延長(zhǎng)無(wú)線設(shè)備的待機(jī)時(shí)間。已有的研究表明，WPCN能降低能耗并提高能量效率，這使得WPCN將在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，從而受到學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。

非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)是目前移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理層關(guān)鍵技術(shù)之一。NOMA技術(shù)的核心思想是在發(fā)送端通過疊加編碼技術(shù)將多個(gè)用戶的信號(hào)線性疊加，在接收端采用連續(xù)干擾消除技術(shù)以減少用戶間的干擾并檢測(cè)用戶的信號(hào)。該技術(shù)分為基于功率域的多路復(fù)用和基于碼域的多路復(fù)用兩種工作模式。對(duì)于功率域NOMA，多個(gè)用戶共享一個(gè)資源單元，打破了用戶接入正交化的限制，提升了頻譜利用率和用戶的公平性，還有利于滿足低時(shí)延、高可靠性、大規(guī)模連接等需求。因此，NOMA具有廣闊的應(yīng)用前景，引起了業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大興趣。

鑒于IRS、WPCN和NOMA都是未來(lái)無(wú)線通信的關(guān)鍵技術(shù)，將三者結(jié)合可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)頻譜與功率效率。為此，學(xué)者們對(duì)IRS輔助的NOMA WPCN系統(tǒng)展開了大量的研究。IRS輔助的NOMA WPCN系統(tǒng)的通信過程分為兩個(gè)階段，分別是下行無(wú)線能量傳輸(WirelessEnergy Transfer,WET)和上行無(wú)線信息傳輸(Wireless Information Transfer,WIT)。在WET過程中，發(fā)電站向用戶和IRS發(fā)送能量，IRS將接收到的能量反射給用戶，用戶采集來(lái)自發(fā)電站和IRS的能量；在WIT過程中，用戶向接入點(diǎn)和IRS發(fā)送信號(hào)，IRS將從用戶接收到的信號(hào)反射給接入點(diǎn)。目前，已經(jīng)提出了IRS輔助的NOMA WPCN系統(tǒng)中多種最大化速率和最大化能量效率的方法。然而，尚未有文獻(xiàn)研究該系統(tǒng)中最大化速率與能量效率折中的資源分配方法。

發(fā)明內(nèi)容

綜上所述，為了解決現(xiàn)有的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了IRS輔助供電NOMA系統(tǒng)中最大化折中的方法，適用于IRS輔助的單簇單天線NOMA WPCN系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路是：首先構(gòu)建最大化系統(tǒng)速率與能量效率折中的優(yōu)化問題，優(yōu)化參數(shù)為時(shí)間、發(fā)電站的功率和IRS相移；然后，構(gòu)建相移優(yōu)化問題，并從中分離出WET過程中的IRS相移優(yōu)化問題；其次，求解WET過程中的IRS相移，并在已知WET過程中IRS相移的情況下，求解WIT過程中的IRS相移；最后，在已知IRS相移的情況下，采用函數(shù)極值法找出最優(yōu)的時(shí)間分配和發(fā)電站的功率。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)思路，本發(fā)明提出了IRS輔助供電NOMA系統(tǒng)中最大化折中的方法，適用于IRS輔助的單簇單天線NOMA WPCN系統(tǒng)，包括如下步驟：

A，構(gòu)建最大化系統(tǒng)速率與能量效率的折中的優(yōu)化問題，優(yōu)化參數(shù)為時(shí)間、發(fā)電站的功率和IRS相移，用公式表示為