[发明专利]一种基于IRS的安全无线供电通信网络系统及通信方法

说明书

本发明涉及无线通信技术领域，公开了一种基于IRS的安全无线供电通信网络系统，包括：IRS，由若干个无源元件构成；至少一个窃听者；至少一个合法用户；混合接入点，所述混合接入点同时具备能量信号传输功能和信息传输功能；所述混合接入点、合法用户以及窃听者均装备单天线，且在所述混合接入点到所述合法用户的下行链路中，所述IRS被用来增强来自于所述混合接入点的能量信号，在合法用户到混合接入点的上行链路中，所述IRS可以在约束窃听者速率的同时协助合法用户到混合接入点的信息传输，本发明还公开了一种基于IRS的安全无线供电通信网络系统的通信方法。本发明可以限制窃听者的信息传输速率，实现安全通信的目的。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于IRS的安全无线供电通信网络系统及通信方法。

背景技术

随着21世纪的到来，各种移动设备的普及，无线通信已经称为了这个时代不可或缺的一部分，为了实现用户更多的实际需求，相比与第四代无线网络，第五代无线网络提出了：高速率，低时延，高可靠的要求。据不完全统计，相比与第四代无线网络，第五代无线网络的数百倍的网络容量增长目标，以及至少百亿级别的硬件设备的无线连接已经基本实现。然而，由于超密集网络、大规模多输入多输出和射频链等关键技术的使用，带来了譬如，设备的高复杂性、昂贵的硬件成本、硬件之间复杂的干扰管理以及射频链等高能耗设备带来的能源消耗，这些问题尚未得到完美的解决。为了解决通信系统现存的诸多问题，就有学者指出，应该采用一种低能耗的设备对传播环境进行人为智能的控制，在消除干扰的同时，尽可能的以更低成本来改善通信系统的传输性能。其中一种方案就是，可以利用IRS(Intelligent Reflecting Surface，智能反射表面)这种技术，通过控制入射到表面上的反射信号的幅度和相位，实现对传播环境的人为的智能的控制。由于IRS不使用发射射频链，并且仅在短距离内运作，因此它可以以更客观的成本和能耗密集部署，并且不需要在无源IRS之间进行复杂的干扰管理。

此外，由于IRS的可塑性，在实际应用中可以制作出符合任意形状表面的IRS，可以安装在不同的位置，例如：墙壁、天花板、建筑物表面、广告面板以及一些可以提供充足面积的物体，以满足不同应用的通信场景。此外，由于IRS是一种补充设备，将其部署在现有的网络环境中，不需要修改现有网络环境中任何的硬件和标准，兼容性极强，同时也具备高度的灵活性，例如，首先，它可以通过分集增益来增强有用信息的传输，同时，在毫米波通信中，由于毫米波通信存在严重的路径损耗问题，可以通过IRS的无源波束成形技术，建立基站与用户之间和IRS相关的级联链路，来绕过基站与用户之间的“死区”来实现基站与用户之间的通信。其次，当通信系统中存在窃听者的时候，IRS可以通过无源波束成形，在窃听者处利用相位叠加(干涉)的方法，破坏窃听者处的窃听信号。

随着5G万物互联的到来，物联网的普及已经成为了一个必然的趋势，在物联网中，大量传感器的应用使得无线功率传输(wireless energy transfer,WPT)这种技术变得十分有前景，然而由于WPT存在传输效率低，覆盖范围小等特点，因此，在实际中难以得到广泛地应用，而IRS的无缘波束成形可以很好的提高WPT的能量传输效率以及它的覆盖范围。因此，设计出一种新型的IRS的安全无线供电通信网络系统，在提高WPT的能量传输效率以及其的覆盖范围的同时，能够安全的进行数据传输，这种需求迫在眉睫。

发明内容

本发明提供一种基于IRS的安全无线供电通信网络系统及通信方法，通过联合优化时间分配和IRS处对应的相移矩阵，可以很好的解决在存在窃听者的情况下，系统的安全传输存在的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于IRS的安全无线供电通信网络系统，包括：

IRS，由若干个无源元件构成；

至少一个窃听者；

至少一个合法用户；

混合接入点，所述混合接入点同时具备能量信号传输功能和信息传输功能；