【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于下一代物联网，特别涉及一种ris增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法。
技术介绍
1、随着物联网在智慧城市、智能交通、环境监测等场景的广泛应用，物联网节点数量随之急剧增加，导致网络能耗与建设成本迅速上升。如何减小能耗、降低成本、提升传输性能是下一代物联网技术发展亟待解决的关键性难题。环境反向散射通信通过反射和调制周围环境中的入射电磁波来传输自身信息，无需配置主动射频器件，从而大幅降低系统成本和传输功耗，是未来无源物联网技术发展极具潜力的关键技术之一。
2、然而，在环境反向散射通信系统中，由于反向散射信道存在严重的双重衰落效应，这限制了反射节点的能量收集效率和信息传输覆盖范围。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术提出一种ris增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，具体包括以下步骤：
2、构建ris增强的全双工反向散射通信系统模型，在该通信系统模型中构建最小化全双工基站发射功率的资源分配优化问题；
3、将最小化全双工基站发射功率的资源分配优化问题拆分为全双工基站波束成形向量子问题、ris上行传输波束成形矩阵子问题和ris下行传输波束成形矩阵子问题；
4、利用变量替换和半正定松弛方法处理全双工基站波束成形向量子问题，求解得到最优的全双工基站发射给反射节点的波束成形向量；
5、利用半正定松弛和半正定规划方法分别处理ris上行传输波束成形矩阵子问题和ris下行传输波束成形矩阵子问题，分别求解得到ris上
6、进一步地，最小化全双工基站发射功率的资源分配优化问题表示为：
7、
8、约束条件c1:
9、c2:
10、c3:
11、c4:
12、c5:
13、其中，为全双工基站发射给反射节点k的波束成形向量，nt为全双工基站发射天线数量，表示p×q纬度的复数；vu、vd为辅助变量，表示为表示传输方向为时第m个无源反射单元的振幅，表示传输方向为时第m个无源反射单元的相移，表示下行传输，表示上行传输；j为虚数单位；k为配置单天线的反射节点的数量；为全双工基站对应接收反射节点k信号的信干噪比；为全双工基站解码反射节点k信息需满足的最小信干噪比阈值；κd表示全双工基站信号发射器损坏程度的损坏因子；pmax为全双工基站最大发射功率；为反射节点k收集到的总能量；为反射节点k的最小能量收集阈值；l为辅助变量，表示为l＝2b，b表示ris反射单元的移相控制位数；为无源反射单元的集合，且m为无源反射单元的数量；|·|表示取绝对值；ah表示求矩阵或者向量a的共轭。
14、进一步地，全双工基站对应接收反射节点k信号的信干噪比表示为：
15、
16、
17、
18、其中，βk为单天线的反射节点k的反射系数；hu,k为全双工基站到反射节点k之间上行传输的信道向量，nr为全双工基站接收天线数量；hu,k为中间向量，表示为表示取向量的每个元素作为对角矩阵的对角元素，为ris到第k个反射节点之间上行传输的信道向量，φu为ris在上行传输过程中产生的失真噪声矩阵，为全双工基站到ris之间上行传输的信道矩阵；||·||表示取二范数；为全双工基站到反射节点k下行传输的信道向量；hd,k为中间向量，表示为为ris到第k个反射节点之间下行传输的信道向量，φd为ris在下行传输过程中残留的失真噪声矩阵，为全双工基站到ris之间下行传输的信道矩阵；ηu,k为辅助变量，表示反射节点i接收天线处加性高斯白噪声的方差，表示全双工基站接收天线处加性高斯白噪声的方差。
19、进一步地，反射节点k收集到的总能量表示为：
20、
21、其中，t表示系统传输周期；μk∈[0,1]为反射节点k的能量转换效率；
22、为全双工基站到反射节点k下行传输的信道向量；hd,k为中间向量，表示为为ris到第k个反射节点之间下行传输的信道向量，φd为ris在下行传输过程中残留的失真噪声矩阵，为全双工基站到ris之间下行传输的信道矩阵；表示反射节点k接收天线处加性高斯白噪声的方差；wj为全双工基站发射给反射节点j的波束成形向量。
23、进一步地，利用变量替换和半正定松弛方法处理全双工基站波束成形向量子问题，处理后的子问题表示为：
24、
25、约束条件a(wk)≤b(wk)
26、c2:
27、
28、c6:
29、c7:rank(wk)＝1
30、
31、
32、其中，wk为辅助变量，表示为a(wk)、b(wk)为一个中间表达式，κu,k为全双工基站对应接收反射节点k上行传输信息的接收器硬件损伤因子，βk为单天线的反射节点的反射系数，qu,k、qu,k为中间变量，分别表示为qd,k、qd,k为中间变量，分别表示为表示矩阵a为半正定矩阵；tr(·)表示矩阵的迹，rank(·)表示矩阵的秩。
33、进一步地，利用变量替换和半正定松弛方法处理全双工基站波束成形向量子问题，处理后的子问题表示为：
34、
35、约束条件a(wk)≤b(wk)
36、c2:
37、
38、c6:
39、c7:rank(wk)＝1
40、
41、
42、其中，wk为辅助变量，表示为a(wk)、b(wk)为中间表达式。
43、进一步地，对约束条件c7进行松弛处理，得到半正定规划问题，然后用cvx工具箱求解全双工基站波束成形向量子问题，且当求得的辅助变量wk不满足秩1要求时，则采用高斯随机化方法来获得其近似最优解。
44、进一步地，利用半正定松弛和半正定规划方法处理ris上行传输波束成形矩阵子问题，处理后的子问题表示为：
45、
46、约束条件
47、|(uu)m,m|≤1
48、c8:ζu,k≥0
49、c9:(uu)m+1,m+1＝1
50、c10:
51、c11:rank(uu)＝1
52、
53、
54、其中，uu、uu、tu为中间变量，且满足uu＝[vu,tu]h、tu＝1；ζu表示上行传输时的松弛变量，表示为ζu＝[ζu,1,…,ζu,k]t，ζu,k表示上行传输配置单天线的反射节点k的松弛变量；gu,k为辅助变量，表示为γu,k(uu)、ηu,k(uu)为中间变量；(uu)m,m表示矩阵uu第m行m列的元素。
55、进一步地，对约束条件c11进行松弛处理，得到半正定规划问题，然后用cvx工具箱求解全双工基站波束成形向量子问题，且当求得的辅助变量uu不满足秩1要求时，则采用高斯随机化方法来获得其近似最优解。...
【技术保护点】
1.一种RIS增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种RIS增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，其特征在于，最小化全双工基站发射功率的资源分配优化问题表示为：
3.根据权利要求2所述的一种RIS增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，其特征在于，全双工基站对应接收反射节点k信号的信干噪比表示为：
4.根据权利要求2所述的一种RIS增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，其特征在于，反射节点k收集到的总能量表示为：
5.根据权利要求2所述的一种RIS增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，其特征在于，利用变量替换和半正定松弛方法处理全双工基站波束成形向量子问题，处理后的子问题表示为：
6.根据权利要求5所述的一种RIS增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，其特征在于，对约束条件C7进行松弛处理，得到半正定规划问题，然后用CVX工具箱求解全双工基站波束成形向量子问题，且当求得的辅助变量Wk不满足秩1要求时，则采用高斯随机化方法来获得其近似最优解。<...
【技术特征摘要】
1.一种ris增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种ris增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，其特征在于，最小化全双工基站发射功率的资源分配优化问题表示为：
3.根据权利要求2所述的一种ris增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，其特征在于，全双工基站对应接收反射节点k信号的信干噪比表示为：
4.根据权利要求2所述的一种ris增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，其特征在于，反射节点k收集到的总能量表示为：
5.根据权利要求2所述的一种ris增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，其特征在于，利用变量替换和半正定松弛方法处理全双工基站波束成形向量子问题，处理后的子问题表示为：
6.根据权利要求5所述的一种ris增强的全双工反向散射通信网络资源分配方法，其特征在于，对约束条件c7进行松弛处理，得到半正定规划问题，然后用cvx工具箱求解全双工基站波束成形向量子问题，且当求得的辅助变量wk不满足秩1要求时，则采用高斯随机化方法来获得其...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐勇军，徐今朝，来容，张晓茜，黄崇文，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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