[发明专利]一种基于非正交多址技术的共生无线电网络设计方法

权利要求书

1.一种基于非正交多址技术的共生无线电网络设计方法，所述共生无线电网络包括一个基站、多个反向散射设备和一个主接收机，其中反向散射设备处于全双工的工作模式；其特征在于，所述设计方法包括：

基站发送信号，反向散射设备在接收到信号后将自己的信息调制到入射信号上，并反射给主接收机，主接收机估计测量反射信号的能量，在估计测量完所有反向散射设备反射信号的能量后，主接收机将根据能量强度以递减顺序进行排列，根据排序将反向散射设备划分为多个能量小组，每个能量小组包含多个反向散射设备；然后基于高能量优先匹对准则，从不同能量小组中选取相应的反向散射设备组成集群；

在数据传输时，每个传输时隙只允许一个集群进行通信，同一集群中的所有反向散射设备在对应的时隙中同时进行数据传输，主接收机接收并解调接收到的信号；

具体的：假设有MK个反向散射设备，共划分成M个集群，每个集群包含K个反向散射设备，基站在第k时隙的传输功率为P_k，在第n个衰落块中所传输的主信号为s_k(n)，则第k个集群的第m个反向散射设备接收到的信号为：

其中，h_m,k为基站与第k个集群的第m个反向散射设备之间的信道，z_m,k(n)表示均值为零，方差为σ²的复高斯噪声；

将第k个集群的第m个反向散射设备的能量反射系数记为α_m,k∈[0,1]，即表示入射信号中的α_m,k部分被反射，而1-α_m,k部分将被用来进行能量吸收，因此，第k个集群的第m个反向散射设备在第k时隙所反射的信号为：

其中c_m,k(n)表示第k个集群的第m个反向散射设备自己所需传输的信息；

令其他集群中的反向散射设备不仅从来自基站的主信号中获取能量，也从来自当前正在传输的集群所反射的信号中获取能量，因此，对于第k个集群的第m个反向散射设备所吸收到的能量为：

其中，η_m,k表示能量吸收概率，l_(i,j),(m,k)表示反向散射设备之间的信道，τ表示传输时隙长度；

主接收机在第k时隙接收到的信号为：

其中，w_k(n)表示噪声，f_m,k表示主接收机与第k个集群的第m个反向散射设备之间的信道，而g表示基站与主接收机之间的信道；在接收到信号后，主接收机利用SIC技术进行解调；

基站发送功率、反向散射设备的能量反射系数以及传输时隙长度的优化方法为：以最大化系统的最小吞吐量为目标，建立优化问题为：

其中，R_k为第k时隙中主接收机的吞吐量：

其中σ²表示主接收机处噪声的方差，而R_m,k为第k个集群的第m个反向散射设备的吞吐量：

此外在上述优化问题中，其余参数物理意义如下所示：D表示主接收机的最小吞吐量，E_min表示反向散射设备最低吸收能量，E_sum表示基站在整个工作过程中最大传输能量，P_peak表示每个时隙中基站最大传输功率；

采用BCD算法将优化问题分为几个子问题进行迭代求解，具体为：

1)在第t次迭代给定基站传输功率P^t以及反向散射设备的能量反射系数α^t，对传输时隙长度进行优化分配，得到以下子问题：

通过凸优化工具CVX进行求解得到优化的传输时隙长度；

2)给定传输时隙长度τ^t以及基站传输功率P^t，对反向散射设备的能量反射系数进行优化分配，得到以下子问题：

采用SCA技术将上述问题进行转化为：

其中以及分别表示为：

通过凸优化工具CVX进行求解得到优化的反向散射设备的能量反射系数；

3)给定传输时隙长度τ^t以及BD能量反射系数α^t，对基站发送功率进行优化分配，得到以下子问题：

采用SCA技术将上述问题进行转化为：

其中和分别表示为：

通过凸优化工具CVX进行求解得到优化的基站发送功率。