摘要
随着无线网络规模的扩大和无线设备的多元化发展，如何以更节能以及频谱高效的方式提供公平、高质量的多用户传输服务是无线通信技术发展的重要挑战。可重构智能表面（Reconfigurableintelligentsurface，RIS）作为未来无线网络的关键赋能新技术之一，能够在收发端之间建立额外的低损耗反射链路，并通过智能调控每个低功耗反射元件的系数以控制反射信号的参数，实现对无线信道的重新配置，从而以低成本的方式提高通信质量。此外，无线携能传输（Simultaneouswirelessinformationandpowertransfer，SWIPT）作为一种利用射频信号实现无线能量传输的技术，能够为网络节点提供便捷的信息传输和能源管理，有利于实现网络的绿色可持续发展。与此同时，面对未来海量异构网络节点的部署，速率分拆多址接入（Rate-splittingmultipleaccess，RSMA）技术通过在发射端执行速率分拆和接收端执行串行干扰消除，能够提供灵活的干扰管理和具有应对不同无线信道环境的鲁棒性，在多种网络设置下具有比空分多址接入（Spacedivisionmultipleaccess，SDMA）和非正交多址接入（Non-orthogonalmultipleaccess，NOMA）更优异的性能表现。基于上述原因，联合应用RIS、SWIPT和RSMA能够在资源有限的网络中为多用户提供更广阔的覆盖范围、更灵活的能源供应和更优异的频谱效率和能量效率。然而，已有的研究在多个RIS部署以及RSMASWIPT系统的多用户通信公平性和安全能量效率性能优化方面仍不够充分。因此，本文将对RIS辅助的RSMASWIPT系统展开研究，主要开展下述两部份研究。 首先，由于单RIS有限的覆盖范围和优化自由度，在具有复杂障碍物分布的城市或室内环境仅部署单RIS将难以实现预期的通信性能，本文考虑一个双RIS辅助的RSMASWIPT系统，无线接入点（Accesspoint，AP）在双RIS辅助下同时向多个混合接收用户发送射频信号，混合接收用户执行功率分割（Powersplitting，PS）分别实现信息解码和能量采集。为了提高系统的通信有效性并保证用户间的公平性，本文研究联合优化AP发射波束成形矢量、双RIS相位和每个用户的PS系数以及公有速率分配，最大化最小用户速率。针对优化问题的非凸性和变量耦合，本文提出了一种基于块坐标上升法、半正定松弛（Semi-definiterelaxation，SDR）和连续凸逼近（Successiveconvexapproximation，SCA）技术的交替优化算法进行高效求解。仿真结果表明了与部署单个RIS或应用SDMA或NOMA的基准方案相比，本文所提出的部署双RIS和应用RSMA的算法在SWIPT系统具有更优越的用户公平性表现。 其次，针对无线信号传播的开放特性，本文进一步考虑RIS辅助的RSMASWIPT系统的安全通信问题，在能量接收用户被视为合法用户的潜在窃听者的条件下，利用RSMA公有数据流的信息和干扰信号双重功能提高合法通信的安全性能。为了保证用户安全通信公平性的同时提升系统的能量利用率，本文研究通过联合优化AP发射波束成形矢量、RIS相位和每个混合接收用户的PS系数以及公有安全速率分配，最大化混合接收用户的最小安全能量效率。本文提出基于交替迭代、SDR和SCA技术的高效求解算法。仿真结果表明相比基准方案，本文所提算法能够有效提升合法用户的最小安全能量效率。 本文考虑了RIS辅助的RSMASWIPT系统的公平通信和安全通信问题，并分别为两个系统提出两种算法来求解对应的问题，仿真结果验证了相比基准方案所提算法的有效性和优异性，对该方向的研究具有重要的意义。
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