[发明专利]一种智能反射面辅助的FDMA通信系统的资源分配方法和装置

说明书

本发明提供了一种智能反射面辅助的FDMA通信系统的资源分配方法和装置，所属方法包括：建立智能反射面辅助无线供电物联网网络系统模型；提出了一种“功率分裂‑先收集再传输”的传输策略；通过联合优化智能反射面反射相位、物联网设备在无线能量传输和无线信息传输的传输时隙以及FDMA带宽分配，最大化智能反射面辅助无线供电物联网网络系统总吞吐量的问题；由于目标函数中含有多个耦合变量，因此问题是非凸的，对于目标函数里的多个耦合变量，利用拉格朗日对偶法和库恩塔克条件推导出物联网设备在无线能量传输和无线信息传输的传输时隙和FDMA带宽分布的最优闭式解。然后，采用AO算法交替设计无线能量传输和无线信息传输阶段的IRS相位，并利用EBCD和CCM算法迭代推导出IRS相位的最优闭式解。最后，联合求出系统最大吞吐量的最优解。其算法的性能相较于传统算法得到较大的提高。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种智能反射面辅助的FDMA通信系统的资源分配方法和装置。

背景技术

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)是目前解决无线通信场景中通信链路受阻以及提升无线通信系统性能最有效的方案，它是由大量低成本的电子元件和一个中心控制器构成的一块平面版，通过在平面上集成大量低成本的无源反射元件，智能地重新配置无线传播环境，从而显著提高无线通信网络的性能。且具有成本低、功耗低、易部署等显著特点。

无线供电技术(Wireless power transfer,WPT)被视为下一代无线通信系统的关键技术之一，通过射频链路辐射能量对物联网(Internet of Thing,IoT)设备进行无线能量传输，达到无线充电的效果，极大的改善了物联网设备布局的现状，但目前无线能量传输受传输距离的影响较大，导致物联网设备在上行链路和下行链路的传输过程中会遭受双重衰减，从而影响整体系统性能。在实际应用中，单纯通过缩短距离来减小信号衰弱的方法是难以实现的，这就需要一个中继传输方案，而智能反射面的出现很好的解决了这个问题，极大的提升了整体无线通信系统的系统性能。

发明内容

本发明提出了智能反射面辅助的FDMA通信系统的资源分配方法和装置。智能反射面用于增强能量采集和信息传输能力，以最大限度地提高系统的总吞吐量。

第一方面，一种智能反射面辅助的FDMA通信系统的资源分配的方法，包括：

S1：建立基站、IRS、物联网(IoT)设备以及过程节点的系统模型，提出一种“功率分配-先收集再传输”的传输策略。

S2：联合优化智能反射面反射相位、物联网设备在无线能量传输和无线信息传输的传输时隙以及FDMA带宽分配获得系统吞吐量最大化的优化问题。

S3：对于目标函数里的多个耦合变量，利用拉格朗日对偶法和KKT条件，通过交替优化算法推导计算出系统最大吞吐量的最优闭式解。

具体地，所述步骤S1具体包括：

该系统包含一个单天线基站、一个单天线过程节点、K个物联网设备以及一个配个N个反射单元的IRS。

具体地，所述步骤S2具体包括：

在智能反射面反射相位、设备传输时隙和FDMA带宽分配的约束下，系统最大吞吐量的表述如下：

在问题(3)中，(3a)为智能反射面的反射相位约束，(3b)为设备传输时隙约束、(3c)为FDMA带宽分配约束。

具体地，所述步骤S3具体包括：