面向抗干扰的RIS辅助无线供电通信系统的资源优化方法

本发明涉及无线通信，特别涉及一种面向抗干扰的ris辅助无线供电通信系统的资源优化方法。

背景技术：

1、毫米波、太赫兹等高频通信技术是未来网络的发展方向。然而，由于覆盖范围有限，这些系统的实际应用面临重大挑战。近年来，智能反射面(reconfigurableintelligent surface,ris)技术已成为提高高频通信网络频谱效率、能量效率和覆盖率的有效途径。ris被认为是一种有希望提高无线通信系统性能的技术，因为它能够控制无线环境中的散射、反射和折射特性，从而减轻负面影响。可重构反射元件具有可重构性、经济性、节能性和无需射频处理等特点。此外，智能控制器可以调整反射系数，包括相位和/或振幅调整。这些优势凸显了ris技术在满足未来无线网络需求方面的巨大潜力。

2、在无线通信网络中，干扰对数据传输的可靠性和安全性提出了重大挑战。克服干扰攻击对于确保从军事行动到民用网络的各种环境中的无缝通信至关重要。ris辅助网络是一种新兴的抗干扰技术，它利用ris的独特特性，动态控制干扰信号的传播环境，减轻干扰信号的影响。通过智能地调整反射元件的相移，ris可以创建建设性或破坏性干扰模式，以增强信号强度或衰减干扰信号。此外，ris可以自适应地优化信号路径，以避开干扰信道，保持可靠的通信链路。

3、无线供电通信网络是一种集成无线电力传输和无线通信技术以实现节能和可持续运行的创新模式。在传统的无线网络中，设备依靠内部电池或外部电源运行，导致电池寿命有限、频繁充电，并且在远程或恶劣环境中部署能量受限的设备时面临挑战。无线供电通信网络通过利用环境能源(如射频信号或专用功率发射器)为无线通信设备供电，消除了对传统电源的需求，从而提供了一种变革性的解决方案。

技术实现思路

1、针对背景技术的问题，本发明提供了一种面向抗干扰的ris辅助无线供电通信系统的资源优化方法，该方法包括以下步骤：

2、步骤1：建立ris辅助无线供电通信系统，其中，所述系统包括能量站、ris、与ris连接的ris控制器、接入点、l个无线设备和l个专用干扰器，每个干扰器位于一个无线设备周围，并与一个无线设备对应，接入点用于接收无线设备发送的信息，其中，该系统采用时分多址协议，在时隙τ0，能量站以发射功率p0向l个无线设备传送能量，和分别表示第l个无线设备和干扰器，当在时隙τl中向接入点传输信息时，同时向接入点以功率pj，l发射干扰信号；ris中装备了m个反射元件，每个无线设备和干扰器均只有一个天线；

3、步骤2：获取能量站到ris、能量站到无线设备、ris到无线设备、无线设备到ris、无线设备到接入点、专用干扰器到ris、专用干扰器到接入点、ris到接入点的信道数据，分别记为表示复数集；

4、步骤3：通过联合优化ris相移和时隙分配，从而使得系统总吞吐量最大化。

5、进一步地，在步骤3中，总吞吐量最大化问题用公式表示为：

6、

7、τ0≥0，τl≥0，l＝1，2，...，l，

8、

9、其中，t表示一个完整的操作周期，

10、

11、el＝ηlτ0p0|hrθ0hr，l+hd，l|2，

12、τ＝[τ0，...，τl]，θ＝[θ0，...，θl，..，θl]，θl表示ris在时隙τl的反射对角矩阵，其中，振幅θl，m＝exp(jαl，m)，αl，m是在时隙τl第m个反射元件的相移，σ2表示接入点的噪声功率，ηl表示的能量转换效率。

13、进一步地，步骤3还可以具体包括：

14、步骤3.1：参数初始化，其中，所述参数包括总的迭代次数、收敛精度、和其中，表示θ0的迭代初始值，θ0＝[θ0，1，...，θ0，m，...，θ0，m]＝[exp(jα0，1)，....，exp(jα0，m)，...exp(jα0，m)]表示θl的迭代初始值，θl＝[θl，1，...θl，m，...，θl，m]＝[exp(jαl，1)，...，exp(jαl，m)，...，exp(jαl，m)]，表示辅助变量χl的迭代初始值，

15、步骤3.2：采用单元分块坐标下降ebcd算法或者复圆流行ccm算法，利用第i次迭代时的计算

16、步骤3.3：采用ebcd算法或者ccm算法，利用和计算

17、步骤3.4：更新χl，即令用于下一次的迭代计算，其中，al＝diag(hr)hr，l，bl＝diag(gl)gr，cl＝diag(gj，l)gr，；

18、步骤3.5：重复执行步骤3.2-步骤3.4，直至达到收敛精度或者达到最大迭代次数，至此实现对于θ0和θl的优化，然后将优化后的θ0和θl中的元素放入对角矩阵的对角线上，即可还原θ0和θl；

19、步骤3.6：利用步骤3.5最终优化得到的θ0和θl，确定最优的τ0和τl。

20、进一步地，在步骤3.2中，利用给定的θl来优化θ0，则总吞吐量最大化问题可以等价地改写为第一表示：

21、

22、

23、第一表示中的目标函数可以改写为：其中，表示取实部，h表示共轭转置；

24、将第一表示进一步改写为第二表示：

25、

26、

27、利用第二表示，采用ebcd算法或者ccm算法，根据给定的θl来优化θ0。

28、进一步地，在步骤3.3和步骤3.4中，利用给定的θ0来优化θl，则总吞吐量最大化问题可以等价地改写为第三表示：

29、

30、

31、其中，vl＝sl|θ0ak+hd，k|2；

32、将第三表示中的目标函数进行二次变换，得到：

33、

34、确定χl的闭式解为

35、采用交替优化的方法确定χl和θl的最优解。

36、进一步地，采用交替优化的方法确定χl和θl的最优解包括：

37、在固定χl时，将总吞吐量最大化问题改写为第四表示：

38、

39、

40、其中，

41、利用ebcd算法或者ccm算法得到θl的最优解，进而得到χl的最优解。

42、进一步地，步骤3.6可以具体包括：

43、令f0，l＝|hrθ0hr，l+hd，l|2，则

44、将总共吞吐量最大化的问题等价地改写为第五表示：

45、

46、s.t.1≥τ0≥0，

47、

48、其中，sl＝ηlp0；

49、将所述第五表示的目标函数对于τ0进行一阶求导并将一阶导数设为0，得到：

50、

51、得到τ0的闭式解其中，υ表示lambert函数，所述τ0的闭式解记为τ0的最优解。

52、进一步地，步骤3.6还可以具体包括：

53、将总吞吐量最大化问题改写为第六表示：

54、

55、τ0≥0，τl≥0，l＝1，2，...，l，

56、

57、确定第五表示中的目标函数的拉格朗日对偶函数其中，λ≥0表示拉格朗日乘子；

58、判断所述对偶函数满足slater条件，则确定τl的闭式最优解为其中τ0为闭式解

59、上述技术方案的有益效果为：该系统能够有效的利用ris提供的无线信号增益和干扰信号消除，从而对系统总吞吐量的提升起到很好的效果；所提出的两阶段交替优化方法与其他方法相比，可以大幅提高系统的总吞吐量。