[发明专利]面向3D大规模MIMO系统的利用垂直维度进行SWIPT的传输方法

权利要求书

1.面向3D大规模MIMO系统的利用垂直维度进行SWIPT的传输方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：当迭代次数k＝1时，初始化拉格朗日乘子和其中，m，u为用户的索引，是一个集合，包含了与用户u的AoD相等的窃听者；

步骤二：当迭代次数k＝2，...，N，其中N为最大迭代次数，由和得到PS比和天线下倾角其中，

M为基站天线数，K_u为用户u的莱斯K因子，和分别为安全速率和获取能量的目标；

采用二分法找到如下方程的解，即为优化的天线下倾角

为最佳的天线下倾角，为天线噪声，为由ID引入的加性噪声，ξ_u为能量转换效率，θ_u为用户的垂直维度，β_u(θ_tilt)为路径增益；

步骤三：由和使用CVX软件得到功率分配系数和AN的协方差V^k；

通过CVX求解的优化问题是

s.t.

V≥0

其中，α_u为第u个用户的功率分配系数，V是人工噪声AN的协方差矩阵，K_u是第u个用户的莱斯K因子，M是基站天线数，是第u个用户的天线噪声的功率，是由ID引入的额外的噪声的功率，ξ_u是第u个用户的能量转换效率，β_u(θ_tilt)是第u个用户的路径增益，包括阴影衰落、几何衰减和天线增益，ρ_u是第u个用户的PS比；

步骤四：由和V^k，更新和采用Polyak次梯度法：

其中，k是迭代次数的索引，t^k-1是正的步长；是次梯度：

步骤五：当k＝N时，迭代结束，有优化值V^*＝V^N。

2.根据权利要求1所述的面向3D大规模MIMO系统的利用垂直维度进行SWIPT的传输方法，其特征在于，有效利用垂直维度来确保大规模MIMO SWIPT系统中的安全传输，其中信道为莱斯衰落信道；每个用户采用PS技术来分离信息和能量，每个用户都被视为期望用户的潜在窃听者；基站采用AN来迷惑窃听行为；

至少有一个窃听者的AoD与期望用户相等，所以这种类型的窃听者的接收信号在莱斯信道下是高度相关的；因基站配置3D定向天线，根据用户的位置调整下倾角，这样可以利用垂直维度，获取较高的性能增益；

迭代算法联合优化天线下倾角、功率分配、AN协方差和PS比；

步骤一中，当迭代次数k＝1时，初始化拉格朗日乘子和

3.根据权利要求1所述的面向3D大规模MIMO系统的利用垂直维度进行SWIPT的传输方法，其特征在于，步骤二中，当迭代次数k＝2，...，N，其中N为最大迭代次数，由和得到PS比和天线下倾角

路径增益β_u(θ_tilt)由下式给出：

其中，ω_u为阴影衰落，服从指数正态分布，标准差为σ_shad，为路径损耗，d_u为基站和用户u的距离，υ为路径损耗指数，B_u(θ_tilt)为天线增益，以dBi为单位，由下式给出：

φ_u是x轴与基站和第u个用户连线的水平角度，θ_u是水平面与基站和第u个用户连线的垂直角度，θ_tilt是水平面和波束峰值之间的夹角，即下倾角，sLL_az和SLL_el分别是天线方向图在水平面和垂直面的旁瓣电平；φ_3dB和θ_3dB是分别是水平面和垂直面的3dB的波束宽度。