智能反射面无线携能通信系统优化算法研究

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智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)是一项有前景的技术,可在即将到来的第五代(Fifth-Generation,5G)移动通信网络中实现高频谱效率和高能效通信。无线携能技术(Simultaneous Wireless Information And Power Transfer,SWIPT)有效解决了电子设备和移动网络能源受限系统的不可持续能源供应问题。结合以上技术,本文针对远距离通信系统中无线功率传输低效率问题,进行了系统模型和优化方案的设计。首先,本文设计了一个单用户IRS-SWIPT通信系统。用户节点处配置了能量分配接收机。在多天线接入点(Access Point,AP)处的发射功率和用户节点处的收集能量的约束条件下,本文以最大化用户端点信息传输速率为目标函数建立了AP处有源波束成形和IRS处无源移相器的反射波束成形优化问题。引入半定松弛思想,将所建立的非凸问题通过交替迭代的算法解出。同时,为了进一步降低计算问题的复杂度,本文还提出一种基于信道并行化和奇异值分解理论的低复杂度算法。最终通过仿真比较不同算法下用户的信息传输速率,并验证了理论分析的有效性。其次,考虑到实际应用场景,本文针对多天线AP同时为多个用户提供服务的情况,设计了一个多用户IRS-SWIPT通信系统。在多用户系统中存在用户间信息干扰问题,为确保所有用户都能正常通信,本文以多天线AP处和用户节点处的发射功率和接收能量为约束,建立了 最大-最小化信噪比(Signal To Interference Plus Noise Ratio,SINR)的新问题,并提出了一个具有快速收敛性的Dinkelbach型算法来解决此问题。最终仿真结果表明,文章所提出的算法相较于基准方案可显著提高系统性能。
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