一种节省可配置智表面辅助协作反向散射传输耗能的方法

技术领域

本发明涉及一种节省可配置智表面辅助协作反向散射传输耗能的方法，属于通信技术领域。

背景技术

协作反向散射传输是一种为能量受限通信节点提出的有望应用于下一代无线通信网络的新技术。在协作反向散射通信系统(又称共生无线电系统)中存在两个信息发射端，即主发射端与能量受限的次发射端。主发射端通过发射射频信号的方式将信息发送至接收端，进行主链路传输；次发射端则进行协作反向散射传输，即通过反向散射调制将信息加载到主链路射频信号上，向接收端发送自身信息，与主发射端协作，进行次链路传输。在协作反向散射通信系统中，主次发射端的协作使得接收端能够从主次链路信号中联合恢复出主次发射端信息，次链路传输可以视作多径分量从而加强主链路传输，而次发射端则通过反向散射调制利用主发射端发射的射频信号传输信息，不必安装射频电路，其耗能得以大幅降低。

可配置智表面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)是由大量可以在反射无线信号时引入相移的微单元组成的平面，具有低成本、易部署的特点。通过配置每个微单元反射无线信号时引入的相移，RIS能够实现精细的反射波束成形，有效调控无线信号的传播。已有研究表明，在协作反向散射通信系统中，主发射端应用多天线技术发射射频信号，次发射端应用RIS进行反向散射调制(即将信息通过RIS引入相移的变化调制到反射的主链路射频信号上)，并进行资源分配，使主发射端波束成形与次发射端反射波束成形相协调，能够显著地提高协作反向散射通信系统的性能。

对于能量受限的利用RIS进行协作反向散射传输的次发射端而言，尽管单个微单元反射无线信号时的耗能较低，RIS上大量反射微单元所消耗的能量仍是不小的负担，RIS的耗能不应被忽视。然而，针对RIS辅助协作反向散射通信系统的现有技术基本不考虑RIS的耗能问题,如作者为Qianqian Zhang、Ying-Chang Liang、H.Vincent Poor、名称为“Reconfigurable Intelligent Surface Assisted MIMO Symbiotic Radio Networks”【IEEE Trans.Commun.,vol.69,no.7,Mar.2021.】的文章即属此列。因此，针对RIS辅助多天线协作反向散射通信系统，研究为能量受限的次发射端节省协作反向散射传输RIS耗能的方法有着十分重要的意义。

发明内容

为克服现有技术的缺陷和不足，本发明提出了一种节省RIS辅助协作反向散射传输耗能的方法,该方法利用RIS无线能量收集，在保证主次发射端信息传输质量的条件下，通过对主发射端波束成形向量、RIS工作模式分配方案以及次发射端反射波束成形向量进行设计，能够为借助RIS进行协作反向散射传输的能量受限次发射端节省RIS耗能。

本发明的方法是由以下方式来实现的：

一种节省可配置智表面(RIS)辅助协作反向散射传输耗能的方法，由以下通信系统实现；该系统包括一个多天线主发射端，天线个数记作N、一个配备RIS的能量受限次发射端，RIS包含大量微单元，微单元个数记作I

1)估计u，α和η的值，并利用信道估计，估计出h

2)记S＝diag(s

3)记Q为对向量乘积ww

/>

s.t.:

tr(Q)≤P

Q≥0

该优化问题表示在约束式(s.t.:后的部分)对变量Q进行限制的条件下，求取令目标函数(argmax后的部分)ηtr((I-S)GWG

4)对Q进行求矩阵秩的运算,若rank(Q)＝1，则跳转至步骤7)，否则继续步骤5)，rank(·)表示求矩阵秩的运算；

5)将Q分解为矩阵的乘积，获得矩阵V,即获得矩阵V满足Q＝VV

6)若rank(Q)＝1，则继续步骤7)，否则转至步骤5)；

7)令

8)初始化收敛系数ρ的上限和下限ρ

9)计算ρ＝(ρ

10)定义x,x

11)对i＝1,...,I

12)并行执行步骤12a)、12b)以及12c)

12a)若

12b)若

12c)若

13)令

14)若

15)若

16)令ρ

17)若ρ-ρ

18)令ρ

19)令o

20)若E

21)给出能够为次发射端节省的最大能耗

本发明针对RIS辅助多天线协作反向散射通信系统，提出一种利用RIS无线能量收集，在RIS上的微单元不工作于信号反射模式时，使其收集无线信号能量，工作于能量收集模式，进行能量补给，能够有效的节省RIS耗能。本发明方法能够有效节省能量受限次发射端的RIS耗能。

附图说明

图1是本发明针对的RIS辅助多天线协作反向散射通信系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例：

一种节省可配置智表面(RIS)辅助协作反向散射传输耗能的方法，由以下通信系统实现，如图1所示，该系统包括一个多天线主发射端，天线个数记作N、一个配备RIS的能量受限次发射端，RIS包含大量微单元，微单元个数记作I

1)估计u，α和η的值，并利用信道估计，估计出h

2)记S＝diag(s

3)记Q为对向量乘积ww

s.t.:

tr(Q)≤P

Q≥0

该优化问题表示在约束式(s.t.:后的部分)对变量Q进行限制的条件下，求取令目标函数(argmax后的部分)ηtr((I-S)GWG

4)对Q进行求矩阵秩的运算,若rank(Q)＝1，则跳转至步骤7)，否则继续步骤5)，rank(·)表示求矩阵秩的运算；

5)将Q分解为矩阵的乘积，获得矩阵V,即获得矩阵V满足Q＝VV

6)若rank(Q)＝1，则继续步骤7)，否则转至步骤5)；

7)令

8)初始化收敛系数ρ的上限和下限ρ

9)计算ρ＝(ρ

10)定义x,x

11)对i＝1,...,I

12)并行执行步骤12a)、12b)以及12c)

12a)若

12b)若

12c)若

13)令

14)若

15)若

16)令ρ

17)若ρ-ρ

18)令ρ

19)令o

20)若E

21)给出能够为次发射端节省的最大能耗