CN116319199B - 无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法、装置及介质 - Google Patents

无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法、装置及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法、装置及介质，所述方法使用智能超表面辅助以增强信号；利用能量和信息预编码让发射信号能量更加集中；利用最大合并比算法获得最佳信息预编码；通过波束成形确定最佳能量预编码；通过推导得到了网络最大吞吐量的闭式解。本发明把能量收集链路和信息传输链路分离开来，有利于无线功率通信网络的大规模化；使用了能量和信息预编码能减少路径传输损耗；只使用了一块智能超表面降低了通信***的复杂度，节省硬件资源，在实际的通信***中更容易部署；得出的闭式解能直接用来评估一个通信***加入智能超表面辅助之后的最大吞吐量，具有很强的实际意义。

Description

无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法、装置及介质
技术领域
本发明涉及一种无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法、装置、计算机设备及存储介质，属于无线通信技术领域。
背景技术
未来，通信技术将进入第六代(6G)时代。人、机、物之间建立超密集链路，形成陆-海-空一体化网络，实现全覆盖。届时，将通过各种传感器实现对现实世界的全天候感知和监测，各种场景下需要部署和维护大量的无线传感器网络。为了保持信息的连续、不间断采集和传输，降低维护成本，提高能源效率，需要向无线传感器网络提供环境能量。在无线供电通信网络中，由于无线链路的衰落特性，使得无线能量获取能力较弱，难以提供能量。
近年来，智能超表面(RIS)能够灵活操控信道环境中的电磁特性，一出现就吸引了业界的广泛关注。RIS通常由大量精心设计的电磁单元排列组成。通过给电磁单元上的可调元件施加控制信号，RIS可以动态地控制这些电磁单元的电磁性质，进而实现以可编程的方式对空间电磁波进行主动的智能调控，形成相位、幅度、极化和频率可控制的电磁场。作为超材料的二维实现，RIS天然具有低成本、低复杂度和易部署的特性，通过构建智能可控无线环境，RIS有机会突破传统无线通信的约束，给未来移动通信网络带来一种全新的范式，因此具有广阔的技术与产业前景。RIS是一种多学科融合技术。在RIS概念诞生前，超材料相关基础理论已发展了半个多世纪，这为RIS理论体系的建立奠定了坚实基础，它被认为是一种非常有前途的无线供电通信网络性能增强技术，可以提高能量和频谱效率，扩大网络覆盖范围，从而提高吞吐量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法、装置、计算机设备及存储介质，其可以解决无线功率通信网络的大规模化，使用能量和信息预编码减少路径传输损耗，用一块智能超表面降低了通信***的复杂度，并求出了闭式解可以直接评估一个通信***加入智能超表面辅助之后的最大吞吐量。
本发明的第一个目的在于提供一种无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法。
本发明的第二个目的在于提供一种无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解装置。
本发明的第三个目的在于提供一种计算机设备。
本发明的第四个目的在于提供一种存储介质。
本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法，应用于加入智能超表面辅助的通信***，所述方法包括：
根据第一奇异向量，设置能量预编码，所述第一奇异向量是指能量收集链路进行奇异值分解之后右酉矩阵的第一奇异向量；
根据最大合并比方法，计算最佳信息预编码；
根据能量预编码和信息预编码，得到通信***的最大吞吐量求解的目标函数；
利用海塞矩阵、复二次型、特征值分解来等效转化目标函数，得到吞吐量最大值的闭式解形式。
进一步的，所述能量收集链路的等效信道He＝HRAΘHPR+HPA，等效信道He的奇异值分解如下式：
He＝UeΛeVe H
其中，矩阵Ue和Ve分别为左酉矩阵和右酉矩阵；Λe是一个对角矩阵，对角元素是满足He的奇异值λ1≥λ2≥…≥λn>0；
所述根据第一奇异向量，设置能量预编码，如下式：
其中，G是能量预编码，P0表示功率站的最大发射功率，b1是第一奇异向量，即(HRAΘHPR+HPA)的最大奇异值λ1的特征向量，表示b1的共轭转置；Θ表示可重构的智能超表面的相位矩阵；HPR、HPA、HR丑分别表示功率站到智能超表面的基带等效信道、功率站到接入点的基带等效信道、智能超表面到接入点的基带等效信道。
进一步的，所述根据最大合并比方法，计算最佳信息预编码，具体包括：
对于接入点，将直接路径和反射路径视为一个整体，相当于一个信道矩阵，通过最大合并比算法获得最佳信息预编码，如下式：
其中，w*是信息预编码，P1表示接入点处的发射功率，HAR表示接入点到智能超表面的基带等效信道；hRU、hAU分别表示从智能超表面到用户的基带等效信道、接入点到用户的基带等效信道。
进一步的，在接入点不会存储能量的情况下，发送消息时使用所有收集到的能量是最佳选择，所述目标函数如下式：
其中，Θ表示可重构的智能超表面的相位矩阵；HPR、HPA、HR丑分别表示功率站到智能超表面的基带等效信道、功率站到接入点的基带等效信道、智能超表面到接入点的基带等效信道；hRU、hAU分别表示从智能超表面到用户的基带等效信道、接入点到用户的基带等效信道；b1是第一奇异向量，即(HRAΘHPR+HP丑)的最大奇异值λ1的特征向量，表示b1的共轭转置。
进一步的，在接入点不会存储能量的情况下，所述通信***的信道容量等效形式如下：
其中，v是相位矩阵的向量化形式，P0表示功率站的最大发射功率，P1表示接入点处的发射功率，Tel和Til是海塞矩阵，Rel＝HRAdiag(HPRb1)，HPR、HPA、HRA分别表示功率站到智能超表面的基带等效信道、功率站到接入点的基带等效信道、智能超表面到接入点的基带等效信道；hRU、hAU分别表示从智能超表面到用户的基带等效信道、接入点到用户的基带等效信道；b1是第一奇异向量，即(HRAΘHPR+HPA)的最大奇异值λ1的特征向量，/>表示b1的共轭转置。
进一步的，所述利用海塞矩阵、复二次型、特征值分解来等效转化目标函数，得到吞吐量最大值的闭式解形式，具体包括：
将海塞矩阵Tel和Til分解为和/>其中，Uel的列向量形成正交基，Uil的列向量/>形成正交基；Λel和Λil是对角矩阵，Λel的对角元素是奇异值/>Λil的对角元素是奇异值/>
将最大吞吐量优化问题改写为：
其中，|vm|＝1，m＝1，2，...，M+1，通过v调整的相位，当v将/>中所有元素的相位调整到同一个方向时，/>有一个最大值；通过v调整/>的相位，当v将/>中所有元素的相位调整到同一个方向时，/>有一个最大值；
令和/>在Λel和Λil中，特征值按降序排列，即/>和/>
使当使用v来调整对应于λmax的特征向量方向时，吞吐量最大化。
进一步的，所述通信***的信道容量，如下式：
对于某个通信***，当功率站的信道条件和发射功率已知时，确定通信***的信道容量上限。
本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解装置，应用于加入智能超表面辅助的通信***，所述装置包括：
能量预编码设置模块，用于根据第一奇异向量，设置能量预编码，所述第一奇异向量是指能量收集链路进行奇异值分解之后右酉矩阵的第一奇异向量；
信息预编码计算模块，用于根据最大合并比方法，计算最佳信息预编码；
目标函数获取模块，用于根据能量预编码和信息预编码，得到通信***的最大吞吐量求解的目标函数；
闭式解求解模块，用于利用海塞矩阵、复二次型、特征值分解来等效转化目标函数，得到吞吐量最大值的闭式解形式。
本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法。
本发明的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
本发明使用智能超表面辅助以增强信号；利用能量和信息预编码让发射信号能量更加集中；利用最大合并比算法获得最佳信息预编码；通过波束成形确定最佳能量预编码；通过推导得到了网络最大吞吐量的闭式解，可以把能量收集链路和信息传输链路分离开来，有利于无线功率通信网络的大规模化；使用了能量和信息预编码能减少路径传输损耗；只使用了一块智能超表面降低了通信***的复杂度，节省硬件资源，在实际的通信***中更容易部署；得出的闭式解能直接用来评估一个通信***加入智能超表面辅助之后的最大吞吐量，具有很强的实际意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的通信***模型图。
图2为本发明实施例1的无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法的流程图。
图3为本发明实施例1的平均吞吐量与接收单元、接入点之间的距离关系图。
图4为本发明实施例2的无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解装置的结构框图。
图5为本发明实施例3的计算机设备的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例提供了一种无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法，该方法通过相关方法得到一个通信***的最大吞吐量闭式解，这个闭式解可以用来评估一个通信***加入智能超表面(Reconfigurable intelligent surface，简称RIS)辅助之后信道状况可以改善的最佳效果。
如图1所示，接入点(Access Point，简称AP)从发电站获取能量；接入点完全工作在全双工模式下；另外，通过改变入射信号的相位，设计了智能超表面***，使能量和信息更加集中，提高了传输效率；智能超表面装有M个均匀平面阵列反射单元；设分别表示功率站(PowerStation，简称PS)到智能超表面的基带等效信道、功率站到接入点的基带等效信道、智能超表面到接入点的基带等效信道；同时/>分别表示从智能超表面到用户(Information User，简称IU)的基带等效信道、接入点到用户的基带等效信道；本实施例假定所有信道的信道状态信息完全已知，从而可以直接对信道进行建模。
如图2所示，本实施例的无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法包括以下步骤：
S201、根据第一奇异向量，设置能量预编码。
其中，第一奇异向量是指能量收集链路进行奇异值分解之后右酉矩阵的第一奇异向量，能量收集链路的等效信道He＝HRAΘHPR+HPA，等效信道He的奇异值分解如下式：
He＝UeΛeVe H (1)
其中，矩阵Ue和Ve分别为左酉矩阵和右酉矩阵；Λe是一个对角矩阵，对角元素是满足He的奇异值λ1≥λ2≥…≥λn>0；
根据第一奇异向量，设置能量预编码，如下式：
其中，G是能量预编码，P0表示功率站的最大发射功率，b1是第一奇异向量，即(HRAΘHPR+HPA)的最大奇异值λ1的特征向量，表示b1的共轭转置；Θ表示可重构的智能超表面的相位矩阵；HPR、HPA、HR丑分别表示功率站到智能超表面的基带等效信道、功率站到接入点的基带等效信道、智能超表面到接入点的基带等效信道。
S202、根据最大合并比方法，计算最佳信息预编码。
对于接入点，将直接路径和反射路径视为一个整体，相当于一个信道矩阵，通过最大合并比算法获得最佳信息预编码，如下式：
其中，w*是信息预编码，P1表示接入点处的发射功率；hRU、hAU分别表示从智能超表面到用户的基带等效信道、接入点到用户的基带等效信道。
S203、根据能量预编码和信息预编码，得到通信***的最大吞吐量求解的目标函数。
本实施例假设接入点不会存储能量，因此在发送信息时使用所有收集到的能量是最佳选择，目标函数可以改写为：
在满足基本假设(接入点不会存储能量)的前提下，通信***的信道容量等效形式可以写成式(5)：
其中，v是相位矩阵的向量化形式，Tel和Til是海塞矩阵，Rel＝HRAdiag(HPRb1)，
S204、利用海塞矩阵、复二次型、特征值分解来等效转化目标函数，得到吞吐量最大值的闭式解形式。
本实施例对于最大吞吐量优化问题，利用相关数学知识推导计算出最大吞吐量时***的最优闭式解(封闭形式解)，在步骤S203中，因为Tel和Til是海塞矩阵，所以必须有左酉矩阵Uel和右酉矩阵Uil，这样复二次型才能转化为标准型，将海塞矩阵Tel和Til分解为和/>其中，Uel的列向量/>形成正交基，Uil的列向量形成正交基；Λel和Λil是对角矩阵，Λel的对角元素是奇异值Λil的对角元素是奇异值/>
因此，将最大吞吐量优化问题改写为：
其中，|vm|＝1，m＝1，2，...，M+1，只通过v调整的相位，而不改变振幅，当v将/>中所有元素的相位调整到同一个方向时，/>有一个最大值；同理，只通过v调整/>的相位，而不改变振幅，当v将/>中所有元素的相位调整到同一个方向时，/>有一个最大值。
令和/>在Λel和Λil中，特征值按降序排列，即/>和/>
使当使用v来调整对应于λmax的特征向量方向时，吞吐量最大化。
通信***的信道容量，如下式：
因此，对于某个通信***，当功率站的信道条件和发射功率已知时，确定通信***的信道容量上限。
如图3所示，为从单用户模型导出的闭式解的验证。实线是计算的***的最大理论平均吞吐量，虚线是根据式(7)计算的吞吐量，从图中可以看出，当接收单元和接入点之间的距离增加时，两条曲线的吞吐量都会缓慢下降，并且公式(7)的结果与理论值非常接近，这也证明了导出的闭式解的正确性。也就是说，当模型的信道状态信息已知时，可以确定智能超表面对信道的波束形成的最佳效果。
应当注意，尽管以特定顺序描述了上述实施例的方法操作，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。相反，描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，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。
实施例2：
如图4所示，本实施例提供了一种无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解装置，该装置包括能量预编码设置模块401、信息预编码计算模块402、目标函数获取模块403和闭式解求解模块404，各个模块的具体功能如下：
能量预编码设置模块401，用于根据第一奇异向量，设置能量预编码，所述第一奇异向量是指能量收集链路进行奇异值分解之后右酉矩阵的第一奇异向量；
信息预编码计算模块402，用于根据最大合并比方法，计算最佳信息预编码；
目标函数获取模块403，用于根据能量预编码和信息预编码，得到通信***的最大吞吐量求解的目标函数；
闭式解求解模块404，用于利用海塞矩阵、复二次型、特征值分解来等效转化目标函数，得到吞吐量最大值的闭式解形式。
本实施例中各个模块的具体实现可以参见上述实施例1，不再一一赘述；需要说明的是，本实施例提供的装置仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
实施例3：
本实施例提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是计算机，如图5所示，其包括通过装置总线501连接的处理器502、存储器、输入装置503、显示器504和网络接口505，该处理器用于提供计算和控制能力，该存储器包括非易失性存储介质506和内存储器507，该非易失性存储介质506存储有操作装置、计算机程序和数据库，该内存储器507为非易失性存储介质中的操作装置和计算机程序的运行提供环境，处理器502执行存储器存储的计算机程序时，实现上述实施例1的无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法，如下：
根据第一奇异向量，设置能量预编码，所述第一奇异向量是指能量收集链路进行奇异值分解之后右酉矩阵的第一奇异向量；
根据最大合并比方法，计算最佳信息预编码；
根据能量预编码和信息预编码，得到通信***的最大吞吐量求解的目标函数；
利用海塞矩阵、复二次型、特征值分解来等效转化目标函数，得到吞吐量最大值的闭式解形式。
实施例4：
本实施例提供了一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例1的无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法，如下：
根据第一奇异向量，设置能量预编码，所述第一奇异向量是指能量收集链路进行奇异值分解之后右酉矩阵的第一奇异向量；
根据最大合并比方法，计算最佳信息预编码；
根据能量预编码和信息预编码，得到通信***的最大吞吐量求解的目标函数；
利用海塞矩阵、复二次型、特征值分解来等效转化目标函数，得到吞吐量最大值的闭式解形式。
需要说明的是，本实施例的计算机可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的装置、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行装置、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读存储介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行装置、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读存储介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读存储介质可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本实施例的计算机程序，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言-诸如Java、Python、C++，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如C语言或类似的程序设计语言。程序可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
综上所述，本发明使用智能超表面辅助以增强信号；利用能量和信息预编码让发射信号能量更加集中；利用最大合并比算法获得最佳信息预编码；通过波束成形确定最佳能量预编码；通过推导得到了网络最大吞吐量的闭式解，可以把能量收集链路和信息传输链路分离开来，有利于无线功率通信网络的大规模化；使用了能量和信息预编码能减少路径传输损耗；只使用了一块智能超表面降低了***的复杂度，节省硬件资源，在实际的***中更容易部署；得出的闭式解能直接用来评估一个***加入智能超表面辅助之后的最大吞吐量，具有很强的实际意义。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法，应用于加入智能超表面辅助的通信***，其特征在于，所述方法包括：
根据第一奇异向量，设置能量预编码，所述第一奇异向量是指能量收集链路进行奇异值分解之后右酉矩阵的第一奇异向量；
根据最大合并比方法，计算最佳信息预编码；
根据能量预编码和信息预编码，得到最大吞吐量求解的目标函数；
利用海塞矩阵、复二次型、特征值分解来等效转化目标函数，得到吞吐量最大值的闭式解形式；
所述能量收集链路的等效信道He＝HRAΘHPR+HPA，等效信道He的奇异值分解如下式：
He＝UeΛeVe H
其中，矩阵Ue和Ve分别为左酉矩阵和右酉矩阵；Λe是一个对角矩阵，对角元素是满足He的奇异值λ1≥λ2≥…≥λn＞0；
所述根据第一奇异向量，设置能量预编码，如下式：
其中，G是能量预编码，P0表示功率站的最大发射功率，b1是第一奇异向量，即(HRAΘHPR+HPA)的最大奇异值λ1的特征向量，表示b1的共轭转置；Θ表示可重构的智能超表面的相位矩阵；HPR、HPA、HRA分别表示功率站到智能超表面的基带等效信道、功率站到接入点的基带等效信道、智能超表面到接入点的基带等效信道；
所述根据最大合并比方法，计算最佳信息预编码，具体包括：
对于接入点，将直接路径和反射路径视为一个整体，相当于一个信道矩阵，通过最大合并比算法获得最佳信息预编码，如下式：
其中，w*是信息预编码，P1表示接入点处的发射功率，HAR表示接入点到智能超表面的基带等效信道；hRU、hAU分别表示从智能超表面到用户的基带等效信道、接入点到用户的基带等效信道；
在接入点不会存储能量的情况下，发送消息时使用所有收集到的能量是最佳选择，所述目标函数如下式：
其中，Θ表示可重构的智能超表面的相位矩阵；HPR、HPA、HRA、HAR分别表示功率站到智能超表面的基带等效信道、功率站到接入点的基带等效信道、智能超表面到接入点的基带等效信道、接入点到智能超表面的基带等效信道；hRU、hAU分别表示从智能超表面到用户的基带等效信道、接入点到用户的基带等效信道；b1是第一奇异向量，即(HRAΘHPR+HPA)的最大奇异值λ1的特征向量，表示b1的共轭转置，P0表示功率站的最大发射功率；
在接入点不会存储能量的情况下，所述通信***的信道容量等效形式如下：
其中，v是相位矩阵的向量化形式，P1表示接入点处的发射功率，Tel和Til是海塞矩阵，Rel＝HRAdiag(HPRb1)，
所述利用海塞矩阵、复二次型、特征值分解来等效转化目标函数，得到吞吐量最大值的闭式解形式，具体包括：
将海塞矩阵Tel和Til分解为和/>其中，Uel的列向量形成正交基，Uil的列向量/>形成正交基；Λel和Λil是对角矩阵，Λel的对角元素是奇异值/>Λil的对角元素是奇异值/>
将最大吞吐量优化问题改写为：
其中，|vm|＝1，m＝1，2，...，M+1，通过v调整的相位，当v将/>中所有元素的相位调整到同一个方向时，/>有一个最大值；通过v调整/>的相位，当v将/>中所有元素的相位调整到同一个方向时，/>有一个最大值；
令和/>在Λel和Λil中，特征值按降序排列，得到/>和/>
使当使用v来调整对应于λmax的特征向量方向时，吞吐量最大化；
所述通信***的信道容量，如下式：
对于某个通信***，当功率站的信道条件和发射功率已知时，确定通信***的信道容量上限。
2.一种无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解装置，应用于加入智能超表面辅助的通信***，其特征在于，所述装置包括：
能量预编码设置模块，用于根据第一奇异向量，设置能量预编码，所述第一奇异向量是指能量收集链路进行奇异值分解之后右酉矩阵的第一奇异向量；
信息预编码计算模块，用于根据最大合并比方法，计算最佳信息预编码；
目标函数获取模块，用于根据能量预编码和信息预编码，得到通信***的最大吞吐量求解的目标函数；
闭式解求解模块，用于利用海塞矩阵、复二次型、特征值分解来等效转化目标函数，得到吞吐量最大值的闭式解形式；
所述能量收集链路的等效信道He＝HRAΘHPR+HPA，等效信道He的奇异值分解如下式：
He＝UeΛeVe H
其中，矩阵Ue和Ve分别为左酉矩阵和右酉矩阵；Λe是一个对角矩阵，对角元素是满足He的奇异值λ1≥λ2≥…≥λn＞0；
所述根据第一奇异向量，设置能量预编码，如下式：
其中，G是能量预编码，P0表示功率站的最大发射功率，b1是第一奇异向量，即(HRAΘHPR+HPA)的最大奇异值λ1的特征向量，表示b1的共轭转置；Θ表示可重构的智能超表面的相位矩阵；HPR、HPA、HRA分别表示功率站到智能超表面的基带等效信道、功率站到接入点的基带等效信道、智能超表面到接入点的基带等效信道；
所述根据最大合并比方法，计算最佳信息预编码，具体包括：
对于接入点，将直接路径和反射路径视为一个整体，相当于一个信道矩阵，通过最大合并比算法获得最佳信息预编码，如下式：
其中，w*是信息预编码，P1表示接入点处的发射功率，HAR表示接入点到智能超表面的基带等效信道；hRU、hAU分别表示从智能超表面到用户的基带等效信道、接入点到用户的基带等效信道；
在接入点不会存储能量的情况下，发送消息时使用所有收集到的能量是最佳选择，所述目标函数如下式：
其中，Θ表示可重构的智能超表面的相位矩阵；HPR、HPA、HRA、HAR分别表示功率站到智能超表面的基带等效信道、功率站到接入点的基带等效信道、智能超表面到接入点的基带等效信道、接入点到智能超表面的基带等效信道；hRU、hAU分别表示从智能超表面到用户的基带等效信道、接入点到用户的基带等效信道；b1是第一奇异向量，即(HRAΘHPR+HPA)的最大奇异值λ1的特征向量，表示b1的共轭转置，P0表示功率站的最大发射功率；
在接入点不会存储能量的情况下，所述通信***的信道容量等效形式如下：
其中，v是相位矩阵的向量化形式，P1表示接入点处的发射功率，Tel和Til是海塞矩阵，Rel＝HRAdiag(HPRb1)，
所述利用海塞矩阵、复二次型、特征值分解来等效转化目标函数，得到吞吐量最大值的闭式解形式，具体包括：
将海塞矩阵Tel和Til分解为和/>其中，Uel的列向量形成正交基，Uil的列向量/>形成正交基；Λel和Λil是对角矩阵，Λel的对角元素是奇异值/>Λil的对角元素是奇异值/>
将最大吞吐量优化问题改写为：
其中，|vm|＝1，m＝1，2，...，M+1，通过v调整的相位，当v将/>中所有元素的相位调整到同一个方向时，/>有一个最大值；通过v调整/>的相位，当v将/>中所有元素的相位调整到同一个方向时，/>有一个最大值；
令和/>在Λel和Λil中，特征值按降序排列，得到/>和/>
使当使用v来调整对应于λmax的特征向量方向时，吞吐量最大化；
所述通信***的信道容量，如下式：
对于某个通信***，当功率站的信道条件和发射功率已知时，确定通信***的信道容量上限。
3.一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1所述的无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法。
4.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1所述的无线功率通信网络最大吞吐量闭式解求解方法。
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