[发明专利]基于智能反射面辅助的能量缓冲NOMA方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于智能反射面辅助的能量缓冲NOMA方法及系统，涉及通信技术领域。本发明包括以下步骤：接入节点将射频信号广播给第一能量消耗节点和第二能量消耗节点；第一能量消耗节点和第二能量消耗节点将射频信号转换成能量存储在能量缓冲器中；能量缓冲器选择能量管理策略向接入节点传送数据时的发射功率。本发明部署了STAR‑RIS，相比于传统的RIS进一步提高了能量传输的效率和信息传输的速率，并打破了传统RIS部署的位置限制，实现了全空间覆盖。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体的说是涉及一种基于智能反射面辅助的能量缓冲NOMA方法及系统。

背景技术

为了实现“万物相连的互联网”，将各种信息传感设备与网络结合起来而形成的一个巨大网络，实现任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通，近年来，物联网(IoT)吸引了极大的研究兴趣。各种IoT设备，如家电、传感器、执行器和无人机等都可以连接到网络并相互交互。这些设备可以用于家庭自动化、智能电网、交通管理和医疗救助等各个领域。随着这些设备的增长，特别是低功率设备的爆炸式增长，数万亿的IoT设备将会出现，这需要我们重新思考未来的网络设计。然而，为了设计可靠且稳健的网络，能源受限的IoT设备的能源供应始终是一个棘手问题。传统的解决方案，如更换电池，通常成本高昂，这阻碍了其在IoT时代的应用。

为了克服能量供应的问题，能量收集(EH)已应用于IoT，它可以从环境中收集能量并延长传感器的寿命。例如，事实证明，从太阳能、压电、电磁和其他来源收集能量可以有效地为IoT设备供电。但是从自然环境中获取能量往往是不可控的，比如无法保证一直有光照来获得太阳能。基于射频(RF)的EH提供了一种有吸引力的解决方案，它可以通过无线方式为低功耗IoT设备供电，并且具有灵活可靠的特性。因此，基于RF的能量传输可以实现无线供能通信(WPC)，它统一了无线信息传输(WIT)和无线供能传输(WPT)。在WPC中，接入点(AP)被部署来广播RF信号，以便在下行链路中为IoT设备无线充电，然后IoT设备利用收集到的无线能量将信息发送到上行链路中的AP。据设想，WPC原则上可以实现未来IoT网络的永久运行。

WPC作为一种有吸引力的解决方案，很多技术被应用于WPC以进一步提高其性能。例如利用相控阵天线(PAA)，可以执行波束成形以将电磁(EM)波聚焦在接收器上以提高WPT的效率。尽管如此，在PAA系统中，每个辐射元件都应该配备各种射频元件，例如放大器、移相器和衰减器。这导致系统的复杂度非常高，实现成本高，并且功耗较高，特别是在大规模系统中。另外还有中继，多输入多输出(MIMO)等技术用来实现可观的WPC性能增益，但这是以严重的能源消耗、更高的计算复杂性和增加的硬件成本为代价的。另外值得注意的是，大多数的WPC方案中并没有考虑能量缓冲的问题，他们采取的是“获取然后传输”的框架，即在本时隙获取的能量一次性用完，不将能量缓冲下来在未来的时隙使用，这会对能量造成一定的浪费，并且对能量获取节点的续航造成影响。

最近，智能反射面(RIS)辅助通信被认为是第6代(6G)无线网络的潜在候选者。与中继和MIMO相比，RIS由大量低成本的反射元件组成，是一种经济和节能的技术。RIS能够以受控的方式将从发射器接收到的信号反射到目标接收器，从而主动定制无线环境。另外，RIS结合了薄型、轻型和小几何形状的特性，并且具有低成本和高灵活性的好处。因此RIS可以应用于WPC中提高系统的WIT速率和WPT效率。

然而，传统的RIS要求AP和用户都在RIS的同一侧。为了克服这个缺点，本发明基于可以同时透射和反射的智能反射面(STAR-RIS)。与传统的RIS不同，STAR-RIS的每个单元都可以同时透射和反射入射信号，从而打破了RIS部署的位置限制，实现了全空间覆盖。在STAR-RIS中，入射信号的一部分被反射到与入射信号相同的空间，即反射空间，而另一部分入射信号被透射到相对的空间，即透射空间。此外，STAR-RIS为操纵信号的传播提供了新的自由度，从而增加了网络设计的灵活性。在STAR-RIS中提出了三种实用的协议，包括能量分裂、模式切换和时间切换。

基于以上驱动，本发明提出了基于智能反射面辅助的能量缓冲NOMA方法及系统。