[发明专利]一种基站和无线信息和能量协同传输系统

说明书

本发明公开一种基站和无线信息和能量协同传输系统，属于无线通信领域。包括：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，将τT作为第一阶段，将(1‑τ)T作为第二阶段，将P_t分为ρP_t和(1‑ρ)P_t；在第一阶段，通过能量传输波束w_E将能量ρP_t传输到智能反射面，用于能量传输，同时通过信息波束传输w_I将能量(1‑ρ)P_t传递给用户端，用于信号传输；在第二阶段，通过信息传输波束w_u将所有能量传递给用户端。本发明采用时间切换和功率分配联合，时间切换实现智能反射面状态切换，对智能反射面能量吸收和系统能效起关键作用；功率分配保证用户端实时服务质量，提高智能反射面在能量吸收阶段能量收集，对智能反射面能量吸收、用户端服务质量以及系统能效起重大影响。

技术领域

本发明属于无线通信领域，更具体地，涉及一种基站和无线信息和能量协同传输系统。

背景技术

为实现高能效的通信系统，基于低能耗、低成本智能反射面的被动式传输模式被认为是最具潜力和带来革命性的技术之一。现有信息和能量协同传输系统存在系统容量有限、系统能效低等问题，通过引入智能反射面进行辅助。专利CN112332548A“一种无线能量传输方法及系统”将智能反射面应用于能量传输领域，提出能量波束的设计和先吸收后反射的能量传输机制，实现高效的能量传输。但是该专利仅适用于能量传输，没有考虑信息的传递，应用领域和场景相对受限。

引入智能反射面后存在能量供应问题，″Wireless Powered Inte1ligentReflecting Surfaces for Enhancing Wireless Communications″提出了智能反射面的能量自治。但其仅追求系统吞吐量的最大化，没有考虑到用户端的实时服务质量。在该机制下，用户有可能在某一时间段内无法获取信息，所有的能量都用于智能反射面的能量补给。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基站和无线信息和能量协同传输系统，其目的在于联合时间和功率分配可实现智能反射面的能量自治，提高系统能效，具有较强的实用性，可应用于无线传感网络、工业物联网等领域。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基站，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，0＜τ＜1，0＜ρ＜1，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。

优选地，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。

有益效果：本发明使用用户端信噪比作为用户端实时服务质量指标，采用上述方式确定时间因子τ和功率因子ρ，能够保证系统能效最大化的同时满足用户端实时服务质量需求，实现对所述智能反射面的能量补给，从而智能反射面能量自治。

优选地，系统能效EE计算公式如下：