【技术实现步骤摘要】
技术介绍
1、近年来，无线设备的指数级增长导致流量需求激增，需要创新的解决方案来优化无线资源利用和无线设备的可持续能源供应，在这种背景下，速率分割多址(rsma)成为未来6g网络的一项有前途的技术，与多天线系统中的传统方法相比，rsma在频谱和能量效率方面取得了显著进步。
2、可重构智能表面(reconfigurableintelligencesurface,ris)包括一个包含大量高性价比反射器的超表面，是一种能通过控制无源反射原件的幅度和相位,智能地重新配置无限传播环境的技术，ris可以实现对信号的干涉和定向传播，这种精确的信号控制使得信号在有限的空间中聚焦、增强或抑制,可以很好的解决无线通信场景中通信链路受阻的情况,并提升无线通信性能；速率分割多址rsma是一种新型的、通用性强、频谱资源利用效率高的多址框架，作为一种通用的非正交接入方案，可以实现更高的频谱效率；用功率分裂ps来管理接收到的信号，在速率和能量权衡之间提供了最佳平衡；非线性eh模型可以有效提高swipt系统性能和优化资源分配；为在6g网络中最大化系统的频谱效率，建立基于rsma技术以及ris辅助的misops-swipt系统，使用更符合实际的非线性eh模型和功用户率分配最大化系统的频谱效率。
3、虽然有许多学者分别对ris、rsma技术和ps-swipt的优化进行研究，但现有的研究似乎缺乏对上述技术的联合优化。受这些技术优势的启发，将其集成研究以进一步提高无线系统的安全性、能效和覆盖范围具有重要的理论意义和实用价值。
4、
技术实现思路
1、本专利技术的目的是进一步提高无线系统的频谱效率，建立一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信通信系统模型；
2、本专利技术的目的是这样实现的：一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输方法，它包括：
3、s1：建立一个基于rsma技术和有源ris辅助的misops-swipt的通信系统模型；
4、s2：在最小bs和有源ris功率、用户可达速率约束下，通过联合优化bs预编码、ps比和相移变量，构建频谱最大化问题；
5、
6、rc≥rc,min(1e)
7、
8、其中，ps,max是bs最大的输出信号功率，pr,max是有源ris最大的输出信号功率，其中[θ]m表示θ的第m个元素，已知[θ]m＝θm；此外，rc,min是预先确定的最小公共消息速率，ek是第k个用户所需的最小收获功率；(1a)是一个非凸优化问题，(1b)为bs最大发射功率约束，(1c)为有源ris最大的输出信号功率约束，(1e)表示第k个用户的最小可达速率约束，(1g)代表ps比率需求约束；
9、s3：将目标函数通过交替优化算法分解为波束成形和ris相移两个子问题,在交替迭代框架下采用半定松弛sdr算法释放将子问题转化为凸优化问题,再利用凸优化cvx工具箱进行求解，最终得到最大频谱效率传输方法。
10、所述的步骤s1具体包括：
11、建立一个基于有源智能超表面辅助的无线携能通信的系统模型，该系统包括一个装有n天线的基站bs、一个配置m个反射单元的有源ris、k个配备ps结构的用户，该基站采用rsma技术，bs通过求解优化问题确定最优相移，然后通过反馈通道将其传递给ris控制器。
12、所述的步骤s2具体包括：
13、在本专利技术中，通过在bs使用rsma技术，采用非线性eh结构，将消息mk分成公共部分和私有部分在发射端进行覆盖编码，根据ps比将输入的信号分为分别给id模块和eh模块的两个流，在接收端解码公共流s0并使用sic从接收信号中减去s0，将其他私有流视为噪声来解码接收方自己的私有流；在最小bs和有源ris功率、用户可达速率约束下，通过联合优化bs预编码、ps比和相移变量，构建频谱最大化问题；所有公共信息编码为sc；私有部分被独立地编码为私有流编码为bs处发射信号：
14、
15、第k个用户处的接收信号：
16、
17、其中，f、θ分别为瑞利信道、ris-k用户、bs-ris的信道系数以及有源ris的反射系数矩阵；用户的ps结构将输入信号划分为两个流，分别用于id模块和eh模块，ps比ρk∈(0,1)，id处和eh处接收信号分别：
18、
19、传统的线性收集器模型固定的能量转换效率ηk∈(0,1]
20、
21、非线性eh模型基于逻辑函数，定义为：
22、
23、其中，mk表示第k个用户的eh电路可以获得的最大功率。参数ak和bk是与eh电路相关的常数，在实践中，给定eh硬件电路，可以通过标准曲线拟合工具获得固定参数mk、ak和bk。
24、所述的步骤s3具体包括：
25、鉴于优化问题中目标函数和约束条件具有非凸性,并且存在耦合优化变量,很难求解,我们将利用引理1近似边界，将问题重述为：
26、定理1：对于任意的ν和λ，都有：
27、其中是定点，则根据定理1可得：其中
28、同理，其中根据以上变形，问题(1)重写为：
29、
30、(1b)-(1g).(10c)将(1f)等效表示为可将(11)转化为其中又(10)是非凸函数，但可解耦为两个子问题，再用交替法获得(10)的解，先集中讨论子问题的公式化和求解；
31、a给定θ时w和ρk的优化
32、定义
33、
34、则子问题变为：
35、
36、(1b)，(1c)，(1e)，(1g).(13d)
37、当固定θ时，问题(13)的目标函数是凸函数，可以通过优化工具箱cvx求解；
38、b给定w和ρk时的θ优化
39、我们首先定义θ＝[θ1,...,θm]h，此外，为了使问题更易处理，我们还应用了变量的变化，则问题(10)可以改写如下：
40、
41、其中，
42、
43、由于问题(14)包含二次不等式和等式约束，因此整个问题是非凸的，可使用sdr技术将问题(14)转化为凸问题；
44、我们引入定义且δ≥0,rank(δ)＝1，则(14)可化为：
45、
46、δ≥0,δ(m,m)≤αm,max,(1e)(15e)
47、其中和是具有额外零行和零列的矩阵，(15)是可以使用cvx求解的sdp；
48、如果δ不是秩一矩阵，我们提出了一种基于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
5.一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输装置，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5中所述的一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输装置，其特征在于，所述模型建立模块具体包括：
7.根据权利要求5中所述的一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输装置，其特征在于，所述方程构造模块具体包括：
8.根据权利要求5中所述的一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输装置，其特征在于，所述迭代求解模块具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于有源智能超表面辅助的无线携能通信传输方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：
5...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱政宇，殷梦琳，郭凯旋，穆俊生，李兴旺，王帅，孙钢灿，徐明亮，艾渤，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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