[发明专利]一种基站和无线信息和能量协同传输系统

权利要求书

1.一种基站，其特征在于，所述基站包括：

处理器，用于根据用户端实时服务质量需求，确定时间因子τ和功率因子ρ，0τ1，0ρ1，将τT作为第一阶段，将(1-τ)T作为第二阶段，将基站的发射功率P_t分为ρP_t和(1-ρ)P_t，T表示基站向用户端进行信息传输的周期；

天线阵列，用于在第一阶段，通过能量波束向量w_E将能量ρP_t传输到智能反射面，用于能量传输，同时剩余能量(1-ρ)P_t用于信号传输，通过信息波束向量w_I将信息传递给用户端；在第二阶段，所有能量用于信息传输，在智能反射面辅助信道下，通过波束向量w_u将信息传递给用户端；

所述处理器以系统能效最大化为目标，在下述约束条件下，确定时间因子τ和功率因子ρ；

所述约束条件包括：(1)基站第一阶段信息波束传输向量和能量传输波束向量最优；(2)第二阶段基站信息传输波束向量和智能反射面相位最优；(3)各阶段用户端信噪比满足所需阈值；(4)第一阶段智能反射面吸收能量满足第二阶段其能量消耗；

系统能效EE计算公式如下：

其中，R₁(ρ,w_I)表示第一阶段用户端可达速率，R₂(w_u,φ)表示第二阶段用户端可达速率，P_e表示基站单个天线能耗，M表示天线阵列中天线数目，γ₁(ρ,w_I)表示第一阶段用户端信噪比，γ₂(w_u,Φ)表示第二阶段用户端信噪比，B表示信息宽带，表示对花括号内的对象取期望，Φ表示智能反射面相位；

最优信息波束和能量波束矢量和计算公式如下：

其中，E_r(τ,ρ,w_E,w_I)表示第一阶段智能反射面吸收的能量，σ²表示用户端噪声，g表示基站和用户端之间信道，H表示基站和智能反射面之间信道；

最优信息波束矢量和最佳相位Φ^*计算公式如下：

h(Φ)＝zΦH

其中，h(Φ)表示智能反射面辅助下的等效辅助信道，z表示智能反射面和用户端之间信道，H表示基站和智能反射面之间信道；

第一阶段智能反射面收集到的能量满足第二阶段自身的能量消耗，即

E_r(τ,ρ,w_E,w_I)≥P_irs(τ,N)

P_irs(τ,N)＝(1-τ)NP_u

其中，P_irs(τ,N)表示智能反射面第二阶段消耗的能量，N表示智能反射面单元数量，P_u表示智能反射面单元的能耗。

2.一种无线信息和能量协同传输系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1所述的基站、智能反射面和多个用户端；

所述基站采用分离式的波束赋形同时进行传输信息和能量；

所述智能反射面交替进行能量吸收和信息辅助传输。