面向有源IRS无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法及装置

本发明涉及有源irs与功率分配结合的，特别是一种面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法及装置。

背景技术：

1、随着社交媒体、视频流和网络游戏等大数据应用的快速增长，对高速稳定的数据传输的需求也在增加。智能反射表面(intelligent reflecting surface，irs)是一种由大量低功耗、低成本的无源反射单元组成的器件，各无源反射单元独立地反射信号以实现无源波束形成，从而实现重构通信环境、增强信号传输和拓展信号覆盖范围的目标。

2、通过智能地设计每个反射单元的相移，irs可以为入射信号建立额外的有益通道，从而可以重新配置反射信号和直接信号。同时，可以显著改善直接信道中由路径损耗和干扰引起的性能损失。目前智能反射镜已成为一种新兴技术，广泛应用于不同的场景，例如物理层安全、移动边缘计算和隐蔽通信。

3、然而，在无源irs辅助无线网络中存在双重衰落挑战，这导致通过引入无源irs获得的速率性能增强是有限的。鉴于此，配备功率放大器的有源irs已经克服了这个问题。

4、如何结合有源irs和传统无线网络的优点，现已引起学术界和工业界的广泛关注。然而，目前关于有源irs辅助无线网络的工作都集中在irs的相位优化和基站的波束成形上，而忽略了基站和有源irs之间的功率分配问题，功率分配是提高用户接收率的一种有效方式，对速率性能提升起着重要作用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种系统和速率性能高、速率增益高、覆盖范围广的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法及装置。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法，具体包括以下步骤：

3、步骤1、建立有源irs的无线网络功率分配系统模型；

4、步骤2、建立基站和有源irs的功率分配因子和用户接收速率的优化问题；

5、步骤3、对功率分配因子进行等间距采样，并生成一个可行集合；

6、步骤4、确定目标函数的梯度计算公式；

7、步骤5、通过采用等间距多点初始化-梯度上升方法，求出目标函数的多个近似解，然后对得到的多个近似解进行比较，最终找出最优解。

8、一种面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配装置，该装置用于实现所述的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法，所述装置包括模型建立模块、优化问题建立模块、优化问题求解模块、功率分配结果模块，其中：

9、模型建立模块，用于建立有源irs的无线网络功率分配系统模型；

10、优化问题建立模块，用于建立基站和有源irs的功率分配因子和用户接收速率的优化问题；

11、优化问题求解模块，根据目标函数求解对应的梯度公式；

12、功率分配结果模块，通过采用等间距多点初始化-梯度上升方法，求出目标函数的多个近似解，然后对得到的多个近似解进行比较，最终找出最优解。

13、一种移动终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法。

14、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法中的步骤。

15、本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)考虑了有源irs辅助无线网络中的功率分配问题，并通过等间距多点初始化-梯度上升方法解决了功率分配的优化问题，获得了最佳的功率分配因子，同时大大提高了信号传输的速率与质量；(2)当有源irs的元件数为小规模时，相比较于等功率分配方法，提供的有源irs辅助无线网络的功率分配可获得高达14.5％的速率增益。

技术特征：

1.一种面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法，其特征在于，步骤1中建立有源irs的无线网络功率分配系统模型，具体如下：

3.根据权利要求2所述的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法，其特征在于，步骤2中建立基站和有源irs的功率分配因子和用户接收速率的优化问题，具体如下：

4.根据权利要求3所述的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法，其特征在于，步骤3中对功率分配因子进行等间距采样，并生成一个可行集合，具体如下：

5.根据权利要求4所述的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法，其特征在于，步骤4中确定目标函数的梯度计算公式，具体如下：

6.根据权利要求3所述的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法，其特征在于，步骤5中通过采用等间距多点初始化-梯度上升方法，求出目标函数的多个近似解，然后对得到的多个近似解进行比较，最终找出最优解，具体如下：

7.一种面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配装置，其特征在于，该装置用于实现权利要求1～6任一项所述的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法，所述装置包括模型建立模块、优化问题建立模块、优化问题求解模块、功率分配结果模块，其中：

8.根据权利要求7所述的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配装置，其特征在于，所述模型构建模块，包括：

9.一种移动终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～6任一项所述的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～6任一项所述的面向有源irs无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法中的步骤。

技术总结
本发明公开了一种面向有源IRS无线网络的基于等间距多初始化梯度上升的功率分配方法及装置，该方法为：建立具有功率分配的有源IRS辅助的无线网络系统模型；建立基站和有源IRS的功率分配因子和用户接收速率的优化问题；根据目标函数计算对应梯度；利用等间距多点初始化‑梯度上升方法，求出目标函数的多个近似解，比较得到最优解。该装置包括模型构建、优化问题建立、优化问题求解、功率分配结果四个模块，优化问题建立模块构造基站和有源IRS的功率分配因子和用户接收速率的优化问题；优化问题求解模块利用等间距多点初始化‑梯度上升方法，得到系统的最优解。本发明提高了有源智能反面表面辅助无线网络的信道容量和信道传输速率。

技术研发人员：束锋,赵怡帆,王雪辉,王艳,陈志林,潘存华,张旗,陈艺文
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27