提高swipt系統安全速率的方法、裝置、終端及存儲介質
技術領域
1.本發明涉及無線通信的物理層安全技術領域，尤其涉及一種提高swipt系統安全速率的方法、裝置、終端及存儲介質。
背景技術：
2.無線攜能通信傳輸(simultaneous wireless information and power transfer,swipt)是一種新型的無線通信類型，其可以同時傳輸信息和能量，即在與無線設備進行信息交互的同時，還可以為無線設備提供能量。為了避免基站和用戶間障礙物對無線通信的影響，一般在基站和用戶之間設置一個智能反射面(intelligent reflecting surfaces，irs)。智能反射面通過在平面上集成大量低成本的無源反射元件，智能地重新配置無線傳播環境，從而提高無線通信的性能。
3.在基于智能反射面的無線攜能通信傳輸系統中，通常將用戶分為兩組，一組用戶用于采集能量，一組用戶用于解碼信息。在基于智能反射面的無線攜能通信傳輸系統的物理層中，通常將采集能量的用戶視為潛在的竊聽者，從而通過設定不同的能量效率，確保無線攜能通信傳輸系統的物理層的安全速率。
4.然而，目前的基于能量效率限制的無線攜能通信傳輸系統中，用戶只能單純接收解碼信息信號，無法采集能量信號。當用戶需要同時采集能量信號和解碼信息信號時，如何保證無線攜能通信傳輸系統的安全速率，成為亟需解決的技術問題。
技術實現要素：
5.本發明實施例提供了一種提高swipt系統安全速率的方法、裝置、終端及存儲介質，以解決當用戶同時采集能量信號和解碼信息信號時，無法保證swipt系統的安全速率的問題。
6.第一方面，本發明實施例提供了一種提高swipt系統安全速率的方法，包括：
7.接收基站發送的噪聲信號和信息信號，其中，噪聲信號包括基站直傳鏈路的第一噪聲信號和經過智能發射面反射的第二噪聲信號；信息信號包括基站直傳鏈路的第一信息信號和經過智能反射面反射的第二信息信號；
8.基于噪聲信號、信息信號、基站發射功率、基站波束賦形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系數，構建swipt系統的安全速率模型；
9.將安全速率模型進行轉換，得到與安全速率模型等價的三個凸問題；
10.根據能量閾值、基站發射功率閾值、功率分割系數閾值和智能反射面的相移閾值，對三個凸問題進行全局最大化地迭代處理，得到swipt系統的最大安全速率。
11.在一種可能的實現方式中，安全速率模型為：
[0012][0013]
s.t.：||ω1||+||ω2||≤p
a
；
[0014]
e
u
≥e
req
；
[0015]
0＜ρ＜1；
[0016]
0≤θ
m
≤2π；
[0017]
其中，r
u
為用戶處的信息速率，r
u
＝blog2(1+snr
u
)；snr
u
為用戶處的信噪比，r
e
為竊聽者處的信息速率，r
e
＝blog2(1+snr
e
)；snr
e
為竊聽者處的信噪比，處的信噪比，h
iu
和h
ie
分別為智能反射面到用戶和竊聽者處的信道參數，h
ai
為基站到智能反射面的信道矩陣，h
au
和h
ae
分別為智能反射面到用戶和竊聽者處的信道參數，為智能反射面處的相移向量，θ
m
∈[0，2π]為第m個智能反射面元件的相移；ω1和ω2分別為基站處信息信號和噪聲信號的波束賦形向量；b為無線攜能通信傳輸系統的帶寬；σ2為加性高斯白噪聲，為功率分割過程中產生的加性高斯白噪聲；ρ為功率分割系數；e
u
為用戶采集到的能量，到的能量，η表示采集能量過程中的損耗，e
req
為能量閾值，p
a
為基站發射功率。
[0018]
在一種可能的實現方式中，功率分割系數為利用功率分割法將用戶接收到的信號分成解碼信息信號和采集能量信號的系數；
[0019]
其中，解碼信息信號為其中，解碼信息信號為
[0020]
采集能量信號為采集能量信號為
[0021]
x為基站發射的信息信號和噪聲信號，x＝ω1s+ω2a；s～cn(0，1)為信息信號，a～cn(0，1)為噪聲信息；n0～cn(0，σ2)為加性高斯白噪聲，為功率分割中產生的加性高斯白噪聲。
[0022]
在一種可能的實現方式中，將安全速率模型進行轉換，得到與安全速率模型等價的三個凸問題，包括：
[0023]
固定安全速率模型中的基站波束賦形向量和智能反射面的相移向量，對功率分割系數進行等價變化和迭代優化處理，得到第一凸問題；其中，第一凸問題為，
[0024]
[0025]
s.t.0＜ρ＜1；
[0026][0027]
其中，其中，其中，ρ
(k)
為功率分割系數ρ在第k次迭代時的值。
[0028]
在一種可能的實現方式中，將安全速率模型進行轉換，得到與安全速率模型等價的三個凸問題，還包括：
[0029]
固定第一凸問題中得到的最優功率分割系數ρ
*
和智能反射面的相移向量，對基站波束賦形向量進行等價變化和迭代優化處理，得到第二凸問題；其中，第二凸問題為，
[0030][0031]
s.t.(w1，w2)∈w；
[0032]
t
u
＞0，t
e
＞0；
[0033]
其中，其中，
[0034][0035][0036]
在一種可能的實現方式中，將安全速率模型進行轉換，得到與安全速率模型等價的三個凸問題，還包括：
[0037]
固定第一凸問題中得到的最優功率分割系數ρ
*
和第二凸問題中得到的最優波束賦形向量(w1，w2)，對智能反射面的相移向量進行等價變化和迭代優化處理，得到第三凸問題；其中，第三凸問題為，
[0038][0039][0040]
z
u
＞0，z
e
＞0；
[0041]
其中，
[0042][0043][0044][0045][0046]
第二方面，本發明實施例提供了一種提高swipt系統安全速率的裝置，包括：
[0047]
接收模塊，用于接收基站發送的噪聲信號和信息信號；其中，噪聲信號包括基站直傳鏈路的第一噪聲信號和經過智能發射面反射的第二噪聲信號；信息信號包括基站直傳鏈路的第一信息信號和經過智能反射面反射的第二信息信號；
[0048]
構建模型模塊，用于基于噪聲信號、信息信號、基站發射功率、基站波束賦形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系數，構建swipt系統的安全速率模型；
[0049]
轉換模塊，用于將安全速率模型進行轉換，得到與安全速率模型等價的三個凸問題；
[0050]
確定模塊，用于根據能量閾值、基站發射功率、功率分割系數閾值和智能反射面的相移閾值，對三個凸問題進行全局最大化地迭代處理，得到swipt系統的最大安全速率。
[0051]
在一種可能的實現方式中，安全速率模型為
[0052][0053]
s.t.||ω1||+||ω2||≤p
a
；
[0054]
e
u
≥e
req
；
[0055]
0＜ρ＜1；
[0056]
0≤θ
m
≤2π；
[0057]
其中，r
u
為用戶處的信息速率，r
u
＝blog2(1+snr
u
)；snr
u
為用戶處的信噪比，r
e
為竊聽者處的信息速率，r
e
＝blog2(1+snr
e
)；snr
e
為竊聽者處的信噪比，處的信噪比，h
iu
和h
ae
分別為智能反射面到用戶和竊聽者處的信道參數，h
ai
為基站到智能反射面的信道矩陣，h
au
和h
ae
分別為智能反射面到用戶和竊聽者處的信道參數，為智能反射面處的相移向量，θ
m
∈[0，2π]為第m個智能反射面元件的相移；ω1和ω2分別為基站處信息信號和噪聲信號的波束賦形向量；b為無線攜能通信傳輸系統的帶寬；σ2為加性
高斯白噪聲，為功率分割過程中產生的加性高斯白噪聲；ρ為功率分割系數；e
u
為用戶采集到的能量，集到的能量，η表示采集能量過程中的損耗，e
req
為能量閾值，p
a
為基站發射功率。
[0058]
在一種可能的實現方式中，功率分割系數為利用功率分割法將用戶接收到的信號分成解碼信息信號和采集能量信號的系數；
[0059]
其中，解碼信息信號為其中，解碼信息信號為
[0060]
采集能量信號為采集能量信號為
[0061]
x為基站發射的信息信號和噪聲信號，x＝ω1s+ω2a；s～cn(0，1)為信息信號，a～cn(0，1)為噪聲信息；n0～cn(0，σ2)為加性高斯白噪聲，為功率分割中產生的加性高斯白噪聲。
[0062]
在一種可能的實現方式中，轉換模塊還用于，固定安全速率模型中的基站波束賦形向量和智能反射面的相移向量，對功率分割系數進行等價變化和迭代優化處理，得到第一凸問題；其中，第一凸問題為，
[0063][0064]
s.t.0＜ρ＜1；
[0065][0066]
其中，其中，其中，ρ
(k)
為功率分割系數ρ在第k次迭代時的值。
[0067]
在一種可能的實現方式中，轉換模塊還用于，固定第一凸問題中得到的最優功率分割系數ρ
*
和智能反射面的相移向量，對基站波束賦形向量進行等價變化和迭代優化處理，得到第二凸問題；其中，第二凸問題為，
[0068]
[0069]
s.t.(w1，w2)∈w；
[0070]
t
u
＞0，t
e
＞0；
[0071]
其中，
[0072][0073]
w＝{(w1，w2)|tr(w1+w2)≤p
a
；
[0074][0075]
在一種可能的實現方式中，轉換模塊還用于，固定第一凸問題中得到的最優功率分割系數ρ
*
和第二凸問題中得到的最優波束賦形向量(w1，w2)，對智能反射面的相移向量進行等價變化和迭代優化處理，得到第三凸問題；其中，第三凸問題為，
[0076][0077][0078]
z
u
＞0，z
e
＞0；
[0079]
其中，
[0080][0081][0082][0083]
第三方面，本發明實施例提供了一種終端，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現如上第一方面或第一方面的任一種可能的實現方式所述方法的步驟。
[0084]
第四方面，本發明實施例提供了一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現如上第一方面或第一方面的任一種可能的實現方式所述方法的步驟。
[0085]
本發明實施例與現有技術相比存在的有益效果是：
[0086]
本發明實施例提供一種提高swipt系統安全速率的方法、裝置、終端及存儲介質，首先，通過接收基站發送的噪聲信號和信息信號，然后，基于噪聲信號、信息信號、基站發射功率、基站波束賦形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系數，構建無線攜能通信傳輸系統的安全速率模型。之后，將安全速率模型進行轉換，得到與安全速率模型等價的三個凸問題，最后，根據能量閾值、基站發射功率、功率分割系數閾值和智能反射面的相移閾值，對三個凸問題不斷迭代優化處理，確定無線攜能通信傳輸系統的最大安全速率。如此，在無線攜能通信傳輸系統中通過智能反射面獨立的反射入射信息，通過引入功率分割系數，可使用戶同時采集能量信號和解碼信息信號。通過在基站發射信息信號的同時發射噪聲信號，通過優化基站波束賦形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系數，提高無線攜能通信傳輸系統的物理層的安全速率。
附圖說明
[0087]
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0088]
圖1是本發明實施例提供的一種提高swipt系統安全速率的方法的應用場景圖；
[0089]
圖2是本發明實施例提供的一種提高swipt系統安全速率的方法的實現流程圖；
[0090]
圖3是本發明實施例提供的提高swipt系統安全速率的裝置的結構示意圖；
[0091]
圖4是本發明實施例提供的終端的示意圖。
具體實施方式
[0092]
以下描述中，為了說明而不是為了限定，提出了諸如特定系統結構、技術之類的具體細節，以便透徹理解本發明實施例。然而，本領域的技術人員應當清楚，在沒有這些具體細節的其它實施例中也可以實現本發明。在其它情況中，省略對眾所周知的系統、裝置、電路以及方法的詳細說明，以免不必要的細節妨礙本發明的描述。
[0093]
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖通過具體實施例來進行說明。
[0094]
無線攜能通信傳輸是利用無線射頻信號可同時攜載信息與能量的特點，從一個射頻信號中同時接收信息與能量。智能反射面則是通過在平面上集成大量低成本的無源反射元件，智能地重新配置無線傳播環境，從而顯著提高無線通信網絡的性能。具體而言，智能反射面的不同元件可以通過控制其幅度和/或相位來獨立地反射入射信號，從而協同地實現用于定向信號增強或零陷的精細的三維無源波束形成。這一特性使得智能反射面技術與無線攜能通信傳輸系統可以結合起來。
[0095]
然而，目前的無線攜能通信傳輸系統中，具有雙重功能的能量接收端能夠同時進行信息解碼和能量收集，該能量接收端可能會成為系統中的潛在竊聽者。同時，由于信息接收端和能量接收端以顯著不同的功率靈敏度工作，通常情況下能量接收端與發送端距離較近以便于收集能量。由于潛在竊聽者更接近發射端，因而有比信息接收端質量更好的信道，能夠更容易地竊聽發送給合法信息接收端的信息，給swipt系統中的安全通信帶來極大挑
戰。
[0096]
如圖1所示，提供了一種提高swipt系統安全速率的方法的應用場景圖，當用戶140需要同時接收采集能量信號和接收解碼信號時，傳統的采用能量效率保證物理層的安全性，用戶則無法采集能量信號。并且當系統中存在額外的竊聽者130時，當基站120發射信號時，信號一方面可以通過智能反射面110傳輸到竊聽者130和用戶140；另一方面，信號可以直接聽過鏈路傳輸到竊聽者130和用戶140。故而，目前亟需一種在用戶同時采集能量信號和解碼信息信號的情況下，保證無線攜能通信傳輸系統的安全的方法。
[0097]
為了解決現有技術問題，本發明實施例提供了一種提高swipt系統安全速率的方法、裝置、終端和存儲介質。下面首先對本發明實施例所提供的提高swipt系統安全速率的方法進行介紹。
[0098]
參見圖2，其示出了本發明實施例提供的提高swipt系統安全速率的方法的實現流程圖，詳述如下：
[0099]
步驟s210、接收基站發送的噪聲信號和信息信號。
[0100]
具體的，噪聲信號包括基站直傳鏈路的第一噪聲信號和經過智能發射面反射的第二噪聲信號；信息信號包括基站直傳鏈路的第一信息信號和經過智能反射面反射的第二信息信號。
[0101]
在一些實施例中，基站處同時發射信息信號和人工噪聲信號，并利用基站的多天線進行主動波束賦形，并對上述的信息信號和人工噪聲信號采用不同的發射功率。此時，用戶接收到的信號為基站直傳鏈路的信息信號和人工噪聲信號，及經過智能發射面反射的信息信號和人工噪聲信號。通過設計基站波束賦形向量、智能反射面的相移向量，即可大大增強用戶處的信噪比，從而使竊聽者接收到的信噪比大大減小，從而保證系統的安全性。
[0102]
具體的，在本發明中，無線攜能通信傳輸系統中有一個n
t
根天線的基站、一個有m個反射元件的irs、一個單天線的用戶和一個單天線的竊聽者。為了阻止竊聽者偷聽到基站發送給用戶的信息信號，基站在發送信息信號的同時，也會發送人工噪聲信號。因此，基站發射的信號可以表示為x＝ω1s+ω2a；其中，和分別是基站處的波束賦形向量，s～cn(0，1)和a～cn(0，1)分別是信息信號和人工噪聲信號。假設基站處的發射功率為p
a
，則可以得到約束||ω1||+||ω2||≤p
a
。因此，在經過基站直傳鏈路以及irs的反射之后，在用戶和竊聽者處接收到的信號可以分別表示為：
[0103][0104][0105]
其中，h
iu
∈c
m
×1和h
ie
∈c
m
×1分別表示irs到用戶和竊聽者處的信道參數，表示基站到irs的信道矩陣，和分別表示基站到用戶和竊聽者處的信道參數，n0～cn(0，σ2)為加性高斯白噪聲。除此之外，表示irs處的相移矩陣，其中，θ＝[θ1，...，θ
m
]和θ
m
∈[0，2π]為第m個irs元件的相移。為了簡單表示，我們定義和因此，在竊聽者處接收信號的信噪比可以表示為
[0106][0107]
步驟s220、基于噪聲信號、信息信號、基站發射功率、基站波束賦形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系數，構建swipt系統的安全速率模型。
[0108]
為了使用戶可以同時采集能量信號和接收解碼信號。在本發明中引入了功率分割技術，使得系統中的用戶可以同時采集能量信號和接收解碼信號。用ρ表示功率分割系數，則用于接收解碼信號和用來采集能量信號可以分別表示為：
[0109][0110][0111]
其中，是在功率分割過程中產生的加性高斯白噪聲。所以，用戶處的信噪比可以表示為：
[0112]
可以更進一步地將用戶和竊聽者處的信息速率表達為：
[0113]
r
u
＝blog2(1+snr
u
)；
[0114]
r
e
＝blog2(1+snr
e
)；
[0115]
其中，b為系統帶寬。此外，用η表示采集能量信息過程中的損耗，則用戶采集到的能量信號可以表示為：因此，系統的安全速率就可以表示為r
sec
＝[r
u
?
r
e
]
+
。
[0116]
其中，[r
u
?
r
e
]
+
＝max{r
u
?
r
e
，0}，從而以安全速率為優化目標的安全速率模型p1就可以為：
[0117]
(p1)
[0118]
s.t.||ω1||+||ω2||≤p
a
；
[0119]
e
u
≥e
req
；
[0120]
0＜ρ＜1；
[0121]
0≤θ
m
≤2π；
[0122]
其中，e
req
為能量閾值。
[0123]
步驟s230、將安全速率模型進行轉換，得到與安全速率模型等價的三個凸問題。
[0124]
在一些實施例中，為了求解出安全速率模型中的各個變量的最優解，需要在固定其他變量的前提下，分別對每個變量的優化問題進行變形轉換將非凸問題轉換成凸問題，從而求解基站波束賦形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系數這三個系數。
[0125]
步驟s240、根據能量閾值、基站發射功率、功率分割系數閾值和智能反射面的相移閾值，對三個凸問題進行全局最大化迭代處理，得到swipt系統的最大安全速率。
[0126]
首先，固定安全速率模型中的基站波束賦形向量和智能反射面的相移向量，優化功率分割系數。
[0127]
令和以及其中，因此，可以將用戶和竊聽者處的信噪比重新表達為：
[0128][0129][0130]
和除此之外，和可以得到w1＞0，w2＞0和rank(w1)＝rank(w2)＝1。因此，用戶和竊聽者處的信噪比又可以重新表達為：
[0131][0132][0133]
然后安全速率模型p1可以相應的轉化成p2：
[0134][0135]
s.t.c1：0＜ρ＜1；
[0136][0137]
然后，對p2中的對數函數進行展開，得到p3：
[0138][0139]
s.t.c1：0＜ρ＜1；
[0140][0141]
對第二項進行一階泰勒展開并將結果帶入p3，可得p4，即得到第一凸問題
[0142][0143]
s.t.c1：0＜ρ＜1；
[0144][0145]
其中，ρ
(k)
是ρ在第k次迭代時的值。p4可以通過matlab工具包cvx進行求解，這樣功率分割系數的最優值就可以求解得到，并將得到的最優值ρ
*
將用于其他變量的求解。
[0146]
其次，固定第一凸問題中得到的最優功率分割系數ρ
*
和智能反射面的相移向量，對基站波束賦形向量進行等價變化和迭代優化處理。
[0147]
將p4變形為p5：
[0148][0149]
s.t.(w1，w2)∈w；
[0150]
其中，
[0151][0152]
然后再將p5轉化為凸問題，運用如下引理：
[0153]
考慮函數可以得到并且最優解為t＝1/x。該引理給出了的上界，并且僅當t＝1/x時達到上界。此外令以及t＝t
u
，然后r
u
就可以表示為：
[0154]
[0155]
其中，
[0156]
同樣，以及t＝t
e
，然后r
e
可以表示為：
[0157][0158]
其中，
[0159]
在忽略對數函數之后，原始問題可以轉化為第二凸問題：
[0160][0161]
s.t.c1：(w1，w2)∈w；
[0162]
c2：t
u
＞0，t
e
＞0；
[0163]
原始問題就轉化為了可以直接求解的凸問題，經過交替優化后就可以求得(w1，w2)。
[0164]
最后，固定第一凸問題中得到的最優功率分割系數ρ
*
和第二凸問題中得到的最優波束賦形向量(w1，w2)，對智能反射面的相移向量進行等價變化和迭代優化處理。
[0165]
和和其中，并且除此之外，定義和繼而可以推導出以及然后原始問題可以轉化為p7：
[0166][0167][0168][0169]
問題的約束可以進一步表示為其中，
[0170][0171][0172]
可以應用之前的引理將問題p7轉化為第三凸問題p8：
[0173][0174][0175]
c2：z
u
＞0，z
e
＞0；
[0176]
其中，
[0177][0178]
通過matlab工具包cvx，對第三凸問題進行求解，得到智能反射面的相移向量的最優智能反射面的相移向量f。
[0179]
通過將安全速率模型轉換成可以直接求解的三個凸問題，設計出一個交替優化算法，對全局進行優化，使系統的安全速率達到最大，具體算法步驟如下：
[0180]
首先，將原始變量進行初始化；原始變量包括g
au
，g
ae
，h
au
，h
ae
，σ2，p
a
，e
req
以及w
1(0)
，和ρ
(0)
。
[0181]
然后，設置l＝1；開始進行多次重復迭代處理：
[0182]
第一步：固定w
1(l
?
1)
和求解ρ
(l)
；
[0183]
第二步：固定ρ
(l)
和求解w
1(l)
和
[0184]
第三步：固定ρ
(l)
，w
1(l)
和求解
[0185]
設置l＝l+1，繼續重復進行上述的第一步至第三步；
[0186]
最后，直至達到最大迭代次數或所有變量都收斂時停止迭代，即可得到基站波束賦形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系數的最優解，從而達到最大的安全速率。
[0187]
在本發明實施例中，首先，通過接收基站發送的噪聲信號和信息信號，然后，基于噪聲信號、信息信號、基站發射功率、基站波束賦形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系數，構建無線攜能通信傳輸系統的安全速率模型。之后，將安全速率模型進行轉換，得到與安全速率模型等價的三個凸問題，最后，根據能量閾值、基站發射功率、功率分割系數閾值和智能反射面的相移閾值，對三個凸問題不斷迭代優化處理，確定無線攜能通信傳輸
系統的最大安全速率。如此，在無線攜能通信傳輸系統中通過智能反射面獨立的反射入射信息，通過引入功率分割系數，可使用戶同時采集能量信號和解碼信息信號。通過在基站發射信息信號的同時發射噪聲信號，通過優化基站波束賦形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系數，提高無線攜能通信傳輸系統的物理層的安全速率。
[0188]
基于上述實施例提供的提高swipt系統安全速率的方法，相應地，本發明還提供了應用于該提高swipt系統安全速率的方法的提高swipt系統安全速率的裝置的具體實現方式。請參見以下實施例。
[0189]
如圖3所示，提供了一種提高swipt系統安全速率的裝置300，該裝置包括：
[0190]
接收模塊310，用于接收基站發送的噪聲信號和信息信號，其中，噪聲信號包括基站直傳鏈路的第一噪聲信號和經過智能發射面反射的第二噪聲信號；信息信號包括基站直傳鏈路的第一信息信號和經過智能反射面反射的第二信息信號；
[0191]
構建模型模塊320，用于基于噪聲信號、信息信號、基站發射功率、基站波束賦形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系數，構建swipt系統的安全速率模型；
[0192]
轉換模塊330，用于將安全速率模型進行轉換，得到與安全速率模型等價的三個凸問題；
[0193]
確定模塊340，用于根據能量閾值、基站發射功率、功率分割系數閾值和智能反射面的相移閾值，對三個凸問題進行全局最大化迭代處理，得到swipt系統的最大安全速率。
[0194]
在一種可能的實現方式中，安全速率模型為
[0195][0196]
s.t.||ω1||+||ω2||≤p
a
；
[0197]
e
u
≥e
req
；
[0198]
0＜ρ＜1；
[0199]
0≤θ
m
≤2π；
[0200]
其中：r
u
為用戶處的信息速率，r
u
＝blog2(1+snr
u
)；snr
u
為用戶處的信噪比，r
e
為竊聽者處的信息速率，r
e
＝blog2(1+snr
e
)；snr
e
為竊聽者處的信噪比，處的信噪比，h
iu
和h
ie
分別為智能反射面到用戶和竊聽者處的信道參數，h
ai
為基站到智能反射面的信道矩陣，h
iu
和h
ie
分別為智能反射面到用戶和竊聽者處的信道參數，為智能反射面處的相移向量，θ
m
∈[0，2π]為第m個智能反射面元件的相移；ω1和ω2分別為基站處信息信號和噪聲信號的波束賦形向量；b為無線攜能通信傳輸系統的帶寬；σ2為加性高斯白噪聲，為功率分割過程中產生的加性高斯白噪聲；ρ為功率分割系數；e
u
為用戶采集到的能量，集到的能量，η表示采集能量過程中的損耗，e
req
為能量閾值，p
a
為基站發射功率。
[0201]
在一種可能的實現方式中，功率分割系數為利用功率分割法將用戶接收到的信號
分成解碼信息信號和采集能量信號的系數；
[0202]
其中，解碼信息信號為其中，解碼信息信號為
[0203]
采集能量信號為采集能量信號為
[0204]
x為基站發射的信息信號和噪聲信號，x＝ω1s+ω2a；s～cn(0，1)為信息信號，a～cn(0，1)為噪聲信息；n0～cn(0，σ2)為加性高斯白噪聲，為功率分割中產生的加性高斯白噪聲。
[0205]
在一種可能的實現方式中，轉換模塊還用于，固定安全速率模型中的基站波束賦形向量和智能反射面的相移向量，對功率分割系數進行等價變化和迭代優化處理，得到第一凸問題；其中，所述第一凸問題為，
[0206][0207][0208]
s.t.0＜ρ＜1；
[0209][0210]
其中，其中，其中，ρ
(k)
為功率分割系數ρ在第k次迭代時的值。
[0211]
在一種可能的實現方式中，轉換模塊還用于，固定第一凸問題中得到的最優功率分割系數ρ
*
和智能反射面的相移向量，對基站波束賦形向量進行等價變化和迭代優化處理，得到第二凸問題；其中第二凸問題為，
[0212][0213]
s.t.(w1，w2)∈w；
[0214]
t
u
＞0，t
e
＞0；
[0215]
其中，
[0216][0217][0218]
在一種可能的實現方式中，轉換模塊還用于，固定第一凸問題中得到的最優功率分割系數ρ
*
和第二凸問題中得到的最優波束賦形向量(w1，w2)，對智能反射面的相移向量進行等價變化和迭代優化處理，得到第三凸問題；其中，第三凸問題為，
[0219][0220]
z
u
＞0，z
e
＞0；
[0221]
其中，
[0222][0223][0224]
圖4是本發明實施例提供的終端的示意圖。如圖4所示，該實施例的終端4包括：處理器40、存儲器41以及存儲在所述存儲器41中并可在所述處理器40上運行的計算機程序42。所述處理器40執行所述計算機程序42時實現上述各個提高swipt系統安全速率的方法實施例中的步驟，例如圖2所示的步驟210至步驟240。或者，所述處理器40執行所述計算機程序42時實現上述各裝置實施例中各模塊/單元的功能，例如圖3所示模塊310至340的功能。
[0225]
示例性的，所述計算機程序42可以被分割成一個或多個模塊，所述一個或者多個模塊/單元被存儲在所述存儲器41中，并由所述處理器40執行，以完成本發明。所述一個或多個模塊/單元可以是能夠完成特定功能的一系列計算機程序指令段，該指令段用于描述所述計算機程序42在所述終端4中的執行過程。例如，所述計算機程序42可以被分割成圖3所示的模塊310至340。
[0226]
所述終端4可以是桌上型計算機、筆記本、掌上電腦及云端服務器等計算設備。所述終端4可包括，但不僅限于，處理器40、存儲器41。本領域技術人員可以理解，圖4僅僅是終端4的示例，并不構成對終端4的限定，可以包括比圖示更多或更少的部件，或者組合某些部件，或者不同的部件，例如所述終端還可以包括輸入輸出設備、網絡接入設備、總線等。
[0227]
所稱處理器40可以是中央處理單元(central processing unit，cpu)，還可以是其他通用處理器、數字信號處理器(digital signal processor，dsp)、專用集成電路
(application specific integrated circuit，asic)、現場可編程門陣列(field
?
programmable gate array，fpga)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件等。通用處理器可以是微處理器或者該處理器也可以是任何常規的處理器等。
[0228]
所述存儲器41可以是所述終端4的內部存儲單元，例如終端4的硬盤或內存。所述存儲器41也可以是所述終端4的外部存儲設備，例如所述終端4上配備的插接式硬盤，智能存儲卡(smart media card，smc)，安全數字(secure digital，sd)卡，閃存卡(flash card)等。進一步地，所述存儲器41還可以既包括所述終端4的內部存儲單元也包括外部存儲設備。所述存儲器41用于存儲所述計算機程序以及所述終端所需的其他程序和數據。所述存儲器41還可以用于暫時地存儲已經輸出或者將要輸出的數據。
[0229]
所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為了描述的方便和簡潔，僅以上述各功能單元、模塊的劃分進行舉例說明，實際應用中，可以根據需要而將上述功能分配由不同的功能單元、模塊完成，即將所述裝置的內部結構劃分成不同的功能單元或模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。實施例中的各功能單元、模塊可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中，上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現，也可以采用軟件功能單元的形式實現。另外，各功能單元、模塊的具體名稱也只是為了便于相互區分，并不用于限制本技術的保護范圍。上述系統中單元、模塊的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
[0230]
在上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述或記載的部分，可以參見其它實施例的相關描述。
[0231]
本領域普通技術人員可以意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、或者計算機軟件和電子硬件的結合來實現。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執行，取決于技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的范圍。
[0232]
在本發明所提供的實施例中，應該理解到，所揭露的裝置/終端和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的裝置/終端實施例僅僅是示意性的，例如，所述模塊或單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特征可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通訊連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通訊連接，可以是電性，機械或其它的形式。
[0233]
所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。
[0234]
另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現，也可以采用軟件功能單元的形式實現。
[0235]
所述集成的模塊/單元如果以軟件功能單元的形式實現并作為獨立的產品銷售或
使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基于這樣的理解，本發明實現上述實施例方法中的全部或部分流程，也可以通過計算機程序來指令相關的硬件來完成，所述的計算機程序可存儲于一計算機可讀存儲介質中，該計算機程序在被處理器執行時，可實現上述各個提高swipt系統安全速率的方法實施例的步驟。其中，所述計算機程序包括計算機程序代碼，所述計算機程序代碼可以為源代碼形式、對象代碼形式、可執行文件或某些中間形式等。所述計算機可讀介質可以包括：能夠攜帶所述計算機程序代碼的任何實體或裝置、記錄介質、u盤、移動硬盤、磁碟、光盤、計算機存儲器、只讀存儲器(read
?
only memory，rom)、隨機存取存儲器(random access memory，ram)、電載波信號、電信信號以及軟件分發介質等。需要說明的是，所述計算機可讀介質包含的內容可以根據司法管轄區內立法和專利實踐的要求進行適當的增減，例如在某些司法管轄區，根據立法和專利實踐，計算機可讀介質不包括是電載波信號和電信信號。
[0236]
以上所述實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍，均應包含在本發明的保護范圍之內。