一种RIS辅助无线供电通信网络的优化方法技术

本发明专利技术提供了一种RIS辅助无线供电通信网络的优化方法，涉及无线供电系统优化技术领域。包括步骤：S1：建立RIS辅助无线供电通信网络系统模型；S2：确定模型优化的原问题，所述原问题是指，在满足预设的初始约束条件的情况下，使系统吞吐量最大；S3：将所述原问题简化为若干个子问题；S4：对不可解非凸子问题进行凸优化处理，从而将所有不可解非凸子问题转化为可解的凸子问题；S5：建立迭代算法，通过所述迭代算法对所述子问题进行交替迭代求解，得到使系统吞吐量最大时的各系统参数，采用包括可重构智能反射面的RIS辅助无线供电通信网络系统模型，实现更长的无线能量传输距离。实现更长的无线能量传输距离。实现更长的无线能量传输距离。

【技术实现步骤摘要】
一种RIS辅助无线供电通信网络的优化方法


[0001]本专利技术涉及无线供电系统优化
，更具体地，涉及一种RIS辅助无线供电通信网络的优化方法。

技术介绍

[0002]到2030年，全球物联网设备将达到5000亿台。能源受限已经成为物联网发展的一个主要问题，能源收集技术的最新进展，特别是无线射频技术，为可持续物联网设备从专用的环境射频源收集能源开辟了一条新途径，这促使了无线供电通信网络(Wireless powered communication networks,WPCNs)的出现。在这种网络中，物联网设备可以从专用的混合接入点收集能量，然后使用收集的能量将数据传输到接入点。但是在广泛应用于实际应用之前，WPCNs还面临着一些挑战。特别是在大规模工业物联网中，设备的部署是随机的，无法控制它们所在的位置，射频能量信号会由于距离遭受衰减，并且出现障碍物时，影响通信质量。因此，需要更高效、更经济的解决方案来提高WPCNs的能量效率和通信质量，以保证WPCNs能够令人满意的性能适配到物联网环境中。
[0003]公开号CN11227238本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RIS辅助无线供电通信网络的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立RIS辅助无线供电通信网络系统模型；S2：确定所述RIS辅助无线供电通信网络系统模型优化的原问题，所述原问题是指，在RIS辅助无线供电通信网络系统模型的系统参数满足预设的初始约束条件的情况下，使系统吞吐量最大；S3：将所述原问题简化为若干个子问题，所述子问题需满足对应的子约束条件，若所述子问题的子约束条件存在非凸约束，则该子问题为非凸子问题，将所述非凸子问题分类为可解非凸子问题和不可解非凸子问题；S4：对不可解非凸子问题进行凸优化处理，使其子约束条件的非凸约束全部转化为凸约束，从而将所有不可解非凸子问题转化为可解的凸子问题；S5：建立迭代算法，通过所述迭代算法对所述子问题进行交替迭代求解，得到使RIS辅助无线供电通信网络系统模型的系统吞吐量最大时，所述RIS辅助无线供电通信网络系统模型模型的各系统参数。2.根据权利要求1所述的一种RIS辅助无线供电通信网络的优化方法，其特征在于，步骤S1所述RIS辅助无线供电通信网络系统模型包括：具有N个反射元件的RIS、天线数为T的多天线基站、多个单天线用户；其中RIS辅助无线供电通信网络系统模型中一共有个用户，被分为K簇，每一簇有M
k
个用户，u
k,m
表示第k簇的第m个用户，m∈Ω＝{1,...,M
k
}；系统的工作被分成两个部分，包括下行传输能量和上行传输信息，基站通过下行链路给用户传输能量，用户通过上行链路向基站传输信息。3.根据权利要求2所述的一种RIS辅助无线供电通信网络的优化方法，其特征在于，步骤S2中RIS辅助无线供电通信网络系统模型的系统参数包括：w,τ0,{τ
k
},Φ0,{Φ
k
},β
e
，其中w表示基站的波束赋形矢量；τ0为基站通过下行链路传输能量的下行时隙；{τ
k
}为用户簇中的用户终端通过上行链路向基站上行传输的上行时隙集合；Φ0为是下行时隙τ0的RIS反射系数矩阵；{Φ
k
}为上行时隙集合{τ
k
}中的上行时隙τ
k
的RIS反射系数矩阵；β
e
为RIS的反射系数。4.根据权利要求3所述的一种RIS辅助无线供电通信网络的优化方法，其特征在于，步骤S2所述原问题的目标函数P1为所述原问题的目标函数用于在满足所述预设的初始约束条件的情况下，计算使网络通信系统吞吐量最大的各系统参数的取值；目标函数的推导过程为：所述RIS辅助无线供电通信网络系统模型为非线性能量收集模型，因此RIS和用户u
k,m
所获得的能量分别表示为：E
k,m
＝min(η|w
H
(G
H
β
e
Φ0g
I,(k,m)
+g
d,(k,m)
)|2,P
(k,m),sat
)τ0(2)其中η表示能量转换效率，Φ0＝diag(φ
1,0
,...,φ
N，0
)是下行时隙τ0的RIS反射系数矩阵，表示基站的波束赋形矢量，P
RIS,sat
和P
(k,m),sat
分别表示RIS和用户u
k,m
的饱和功
率；根据NOMA协议，基站使用连续干扰消除来解码每个用户群的信息；具体地，当解码第k个簇的用户信息时，为了检测第m个用户的消息，基站首先解码第i个用户的消息，然后从接收的消息中移除该消息；则其它用户的信号则视为干扰信号；假设用户将获得的能量全部用与上行信息传输，则基站接收的第k簇用户的信号表示为：其中，s
k,m
表示用户u
k,m
的传输数据符号，其均值为0和方差为1；Φ
k
表示τ
k
时隙的RIS反射系数矩阵；n
k
表示零均值和方差σ2的加性噪声；第k个簇中第m个用户的可实现吞吐量表示为：其中，P
k,m
表示用户u
k,m
的发射功率；因此，系统总吞吐量由下式给出：优化的原问题表示为最大化系统吞吐量，通过优化上行信息传输时间、下行能量传输时间，基站波束赋形矢量以及不同时隙中RIS的反射系数来最大化系统吞吐量；考虑的原问题的目标函数P1表述如下：5.根据权利要求4所述的一种RIS辅助无线供电通信网络的优化方法，其特征在于，步骤S2中原问题的目标函数P1预设的初始约束条件包括：|φ
n，0
|＝1,n∈N；(9)|φ
n,k
|＝1,n∈N；(10)τ0≥0，τ
k
≥0；(11)||w||2≤P
max
；(12)0≤β
e
≤1；(14)其中w表示基站的波束赋形矢量；τ0为基站通过下行链路传输能量的下行时隙；{τ
k
}为用户终端通过上行链路向基站上行传输的上行时隙集合；Φ0为是下行时隙τ0的RIS反射系数矩阵，Φ0＝diag(φ
1,0
,...,φ
N，0
)；{Φ
k
}为上行时隙集合{τ
k
}中的上行时隙τ
k
的RIS反射系数矩阵，Φ
k
＝diag(φ
1,k
,...,φ
N，k
)；β
e
为RIS的反射系数；P
max
表示基站最大发射功率；E
RIS
表示RIS获得的能量；μ表示单位时间RIS每个反射元件所消耗的能量，N为RIS中反射单元的数量。6.根据权利要求5所述的一种RIS辅助无线供电通信网络的优化方法，其特征在于，步骤S3将所述原问题简化为四个子问题，分别是：
第一子问题P2：给定波束赋形矢量w,时隙τ0、{τ
k
}以及{Φ
k
}，优化Φ0，令第一子问题P2表示为：s.t.|φ
n，0
|＝1,n∈N；(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广驰，张丁才，崔苗，刘圣海，王日明，王昆，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：