基于TDMA的RIS辅助无线供电物联网抗干扰传输方法及装置

所属的技术人员能够理解，本技术的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本技术的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。在一些可能的实施方式中，根据本技术的电子设备包括至少一个处理器、以及至少一个存储器。其中，存储器存储有程序代码，当程序代码被处理器执行时，使得处理器执行本说明书上述描述的根据本技术各种示例性实施方式的运营数据管理方法。例如，处理器可以执行如运营数据管理方法中的步骤。进一步的，根据本技术的这种实施方式的基于tdma的ris辅助无线供电物联网抗干扰传输装置，可执行上述实施例中所提到的基于tdma的ris辅助无线供电物联网抗干扰传输方法中的步骤。在示例性实施例中，本技术提供的基于tdma的ris辅助无线供电物联网抗干扰传输方法及装置的各个方面还可以实现为一种程序产品，包括程序代码等。当程序产品在计算机设备上运行时，程序代码用于使计算机设备执行本说明书所描述的步骤，该步骤在根据本技术各种示例性实施方式的多天线无人机视频传输系统中最大化体验质量的方法中。应当注意，尽管在上文详细描述中提及了装置的若干单元或子单元，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本技术的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中具体化。反之，上文描述的一个单元的特征和功能可以进一步划分为多个单元来具体化。此外，尽管在图中以特定顺序描述了本技术方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。执行时可以附加地或备选地省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程图像缩放设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程图像缩放设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程图像缩放设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程图像缩放设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行指令，用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能步骤。尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求将解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也可以包含这些改动和变型在内。

背景技术：

1、随着第五代(5g)网络的商用化，下一代6g网络技术也在积极布局中，预计在未来十年内，移动数据流量将增长至千倍。物联网作为5g及其后续发展的核心组成部分，极大地提升了大规模物联网设备的接入速度。然而，随着物联网设备数量的爆炸性增长，传感器节点的电池供电成为一个挑战。为解决这一难题，提出了无线供电通信网络方案。该方案利用下行无线能量传输时间段由无线能源站无线供电，在上行无线信息传输时间段利用收集的能量向信息接收器传递信息。这一结构下，无线供电通信网络中的无线能源站可以看作是传统电池充电的替代方案，避免了昂贵的定期维护和更换成本。

2、无线网络在实现无处不在的计算方面发挥着重要作用，其中运用到环境中的网络设备可以提供连续的连接和服务，从而提高人类的生活质量。然而，由于无线链路在环境中的暴露性质，当前的无线网络很容易受到干扰技术的攻击。而且在传统的无线网络中，信道通常被视为随机且不可控制的媒介，因此需要优化收发策略以克服信号衰减的问题。尽管波束形成设计和功率控制算法这些策略能够在一定程度上对抗信号衰减，但它们并不能从根本上重构信道。在这一背景下，引入了可重构智能表面(ris)，ris以其低成本、低能耗、可编程性和易于部署的优势，能够动态地调整无线环境，为无线通信网络带来创新的解决方案。更重要的是，ris作为一种新兴的抗干扰技术，利用其独特的能力来提升网络性能和抗干扰特性，从而增强无线通信的稳定性和安全性。通过精确控制信号的反射和折射，ris有助于构建更加强大和可靠的无线网络环境。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于tdma的ris辅助无线供电物联网抗干扰传输方法及装置，具体的技术方案如下：

2、根据本技术实施例的第一方面，提供一种基于tdma的ris辅助无线供电物联网抗干扰传输方法，所述方法包括：

3、s1：建立关于无线能量站、ris、物联网设备、干扰器以及信息接收器的系统模型；

4、s2：以时隙调度和相移为约束条件，构建抗干扰总吞吐量计算模型，该模型以最大化抗干扰总吞吐量为目标函数；

5、s3：针对所述目标函数，利用拉格朗日对偶方法和kkt条件推导出时隙调度的闭式最优解；

6、s4：在对所述时间调度优化完成后，利用单元分块坐标下降ebcd算法和复圆流形ccm算法迭代导出相移的闭式解，并在此基础上，通过交替优化算法推导出相移的闭式最优解。

7、可选地，所述步骤s1中的系统模型具体包括：一个无线能量站、一个ris、k个物联网设备、一个干扰器以及一个信息接收器，其中，dk表示第k个物联网设备，所述干扰器位于所述ris和信息接收器之间，j表示干扰器，向信息接收器以功率pj发射干扰信，ir表示信息接收器，所述ris装备了m个反射元件；其中，

8、所述无线能量站用于通过无线传输的方式向共计k个物联网设备提供能量；所述物联网设备用于接收来自无线能量站的能源补给，并利用接收到的能量向信息接收器发送其信息；所述ris用于通过调整ris各个反射单元的相位，形成定向波束，增强对信息接收器的信号强度；所述干扰器用于在物联网设备向信息接收器发送信息的时段内会发出干扰信号；所述信息接收器用于接收由物联网设备发送并上传的信息。

9、可选地，所述系统模型采用时分多址协议，系统的总时隙满足一个完整的运行周期划分为k个时隙，在下行链路能量传输阶段即时隙τ0内，无线能源站以发射功率pt向k个物联网设备传送能量；在上行链路信息传输阶段即时隙τ1至τk内，第k个物联网设备在对应时隙τk中向信息接收器传输信息；

10、以及，在整个系统上行传输阶段，所述干扰器向信息接收器以恒定功率pj发射干扰信号。

11、可选地，所述ris还配备有控制器，所述控制器用于切换信道估计接受模式与传输反射模式，并提供实时信道状态信息反馈；其中，反射第k个物联网设备的ris元素相移的对角矩阵其中和是与第m个反射元素相关的相移和振幅，当k＝0时，θ0又称为能量反射相移矩阵，当k∈[1,k]时，θk称为信息反射相移矩阵。

12、可选地，以时隙调度和相移为约束条件，构建抗干扰总吞吐量计算模型，该模型以最大化抗干扰总吞吐量为目标函数，具体包括：

13、将第k个物联网在τ0时隙中收集的能量表示为：

14、

15、其中ηc为第k个物联网设备的能量转换效率，pt为无线能源站的发射功率，|hrθ0hr,k+hd,k|2为物联网设备接收到的功率；

16、得出在剩余时隙中第k个物联网设备的可实现吞吐量为：

17、

18、其中pj为干扰机处的发射功率，σ2为信息接收器处的噪声功率；

19、则抗干扰总吞吐量计算模型为：

20、

21、其中，无线能源站与第k个物联网设备的信道状态信息表示为hd,k∈c1×1、无线能源站与ris的信道状态信息表示为hr∈c1×m、ris与第k个物联网设备的信道状态信息表示为hr,k∈cm×1、ris与信息接收器的信道状态信息表示为gr∈cm×1、第k个物联网设备与信息接收器的信道状态信息表示为gd,k∈c1×1、第k个物联网设备与ris的信道状态信息表示为gr,k∈c1×m、干扰器与信息接收器的信道状态信息表示为gd,j∈c1×1，干扰器与ris链路的信道状态信息表示为hj∈c1×m。

22、第二方面，本技术一种基于tdma的ris辅助无线供电物联网抗干扰传输装置，包括：

23、系统模型建立单元，用于建立关于无线能量站、ris、物联网设备、干扰器以及信息接收器的系统模型；

24、抗干扰总吞吐量计算模型搭建单元，用于以时隙调度和相移为约束条件，构建抗干扰总吞吐量计算模型，该模型以最大化抗干扰总吞吐量为目标函数；

25、时隙调度最优解推导单元，针对所述目标函数，利用拉格朗日对偶方法和kkt条件推导出时隙调度的闭式最优解；

26、相移最优解推导单元，在对所述时间调度优化完成后，利用单元分块坐标下降ebcd算法和复圆流形ccm算法迭代导出相移的闭式解，并在此基础上，通过交替优化算法推导出相移的闭式最优解。

27、可选地，系统模型建立单元建立的系统模型具体包括：

28、一个无线能量站、一个ris、k个物联网设备、一个干扰器以及一个信息接收器，其中，dk表示第k个物联网设备，所述干扰器位于所述ris和信息接收器之间，j表示干扰器，向信息接收器以功率pj发射干扰信，ir表示信息接收器，所述ris装备了m个反射元件；其中，

29、所述无线能量站用于通过无线传输的方式向共计k个物联网设备提供能量；所述物联网设备用于接收来自无线能量站的能源补给，并利用接收到的能量向信息接收器发送其信息；所述ris用于通过调整ris各个反射单元的相位，形成定向波束，增强对信息接收器的信号强度；所述干扰器用于在物联网设备向信息接收器发送信息的时段内会发出干扰信号；所述信息接收器用于接收由物联网设备发送并上传的信息。

30、本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

31、本技术涉及本技术涉及一种基于tdma的ris辅助无线供电物联网抗干扰传输方法及装置，包括：建立关于无线能量站、ris、物联网设备、干扰器以及信息接收器的系统模型；以时隙调度和相移为约束条件，构建抗干扰总吞吐量计算模型，该模型以最大化抗干扰总吞吐量为目标函数；针对所述目标函数，利用拉格朗日对偶方法和kkt条件推导出时隙调度的闭式最优解；在对所述时间调度优化完成后，利用单元分块坐标下降ebcd算法和复圆流形ccm算法迭代导出相移的闭式解，并在此基础上，通过交替优化算法推导出相移的闭式最优解，大幅度优化了通信系统的抗干扰总吞吐量。

32、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。

技术特征：

1.一种基于tdma的ris辅助无线供电物联网抗干扰传输方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的抗干扰传输方法，其特征在于，所述步骤s1中的系统模型具体包括：一个无线能量站、一个ris、k个物联网设备、一个干扰器以及一个信息接收器，其中，dk表示第k个物联网设备，所述干扰器位于所述ris和信息接收器之间，j表示干扰器，向信息接收器以功率pj发射干扰信，ir表示信息接收器，所述ris装备了m个反射元件；其中，

3.根据权利要求2所述的抗干扰传输方法，其特征在于，所述系统模型采用时分多址协议，系统的总时隙满足一个完整的运行周期划分为k个时隙，在下行链路能量传输阶段即时隙τ0内，无线能源站以发射功率pt向k个物联网设备传送能量；在上行链路信息传输阶段即时隙τ1至τk内，第k个物联网设备在对应时隙τk中向信息接收器传输信息；

4.根据权利要求3所述的抗干扰传输方法，其特征在于，所述ris还配备有控制器，所述控制器用于切换信道估计接受模式与传输反射模式，并提供实时信道状态信息反馈；其中，反射第k个物联网设备的ris元素相移的对角矩阵其中和是与第m个反射元素相关的相移和振幅，当k＝0时，θ0又称为能量反射相移矩阵，当k∈[1，k]时，θk称为信息反射相移矩阵。

5.根据权利要求4所述的抗干扰传输方法，其特征在于，以时隙调度和相移为约束条件，构建抗干扰总吞吐量计算模型，该模型以最大化抗干扰总吞吐量为目标函数，具体包括：

6.一种基于tdma的ris辅助无线供电物联网抗干扰传输装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的抗干扰传输装置，其特征在于，系统模型建立单元建立的系统模型具体包括：

技术总结
本申请涉及一种基于TDMA的RIS辅助无线供电物联网抗干扰传输方法及装置，包括：建立关于无线能量站、RIS、物联网设备、干扰器以及信息接收器的系统模型；以时隙调度和相移为约束条件，构建抗干扰总吞吐量计算模型，该模型以最大化抗干扰总吞吐量为目标函数；针对所述目标函数，利用拉格朗日对偶方法和KKT条件推导出时隙调度的闭式最优解；在对所述时间调度优化完成后，利用单元分块坐标下降EBCD算法和复圆流形CCM算法迭代导出相移的闭式解，并在此基础上，通过交替优化算法推导出相移的闭式最优解，大幅度优化了通信系统的抗干扰总吞吐量。

技术研发人员：张淼,徐茜,楚征,吴仕勋,徐凯
受保护的技术使用者：重庆交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5