[发明专利]一种全双工环境反向散射通信系统、传输方法及资源分配方法

权利要求书

1.全双工环境反向散射通信系统，其特征在于，包括一个全双工型接入点，一个或多个传统用户和多个反向散射设备；其中，

所述接入点配置一根或者多根天线用于信号的同时发送和接收，接入点包括信道估计和全双工反向散射通信两种模式：

在信道估计模式下，接入点发送下行导频信号，多个反向散射设备按时分复用的方式、并以各自固定的反向散射系数进行反向散射，接入点进行自干扰消除并估计各个反向散射设备的信道；同时，传统用户利用接收的导频信号来估计其下行信道；

在全双工反向散射通信模式下，接入点发送下行数据信号，传统用户利用估计的下行信道进行信号接收检测，反向散射设备根据信息比特选择不同的反向散射系数进行反向散射，接入点进行自干扰消除并检测反向散射设备的信号。

2.根据权利要求1所述的全双工环境反向散射通信系统，其特征在于，所述接入点具备利用两根天线在同一时间同一频率分别进行信息发送和接收的能力，或用一根天线和收发通道隔离器件实现在同一时间同一频率进行信息发送和接收的能力。

3.根据权利要求1或2所述的全双工环境反向散射通信系统，其特征在于，所述反向散射设备通过可控的切换负载阻抗来调制其接收到的环境OFDM载波，以改变其反向散射信号的幅度和/或相位。

4.全双工环境反向散射通信的传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11.接入点发送OFDM导频信号；

S12.反向散射设备对接收导频信号进行反向散射，传统用户接收导频信号并估计其信道；

S13.接入点接收反向散射的导频信号，进行自干扰消除并估计多个设备的反向散射信道；

S14.接入点发送数据信号；

S15.反向散射设备同时进行反向散射和射频能量收集，传统用户进行信号接收检测；

S16.接入点接收反向散射的数据信号，进行自干扰消除并检测反向散射设备的信号。

5.根据权利要求4所述的全双工环境反向散射通信的传输方法，其特征在于，所述步骤S12中反向散射设备的功率反射系数配置为接入点已知的固定常数，传统用户估计其与接入点之间的信道，估计方法为最小二乘或最小均方误差。

6.所述根据权利要求4或5所述的全双工环境反向散射通信的传输方法，其特征在于，所述步骤S13中反向散射设备利用数字域或模拟域消除技术来重构该自干扰信号并从接收的导频信号中消除，然后利用最小二乘或最小均方误差估计各个反向散射设备的反向散射信道；其中，多个反向散射设备以时分复用(TDMA)的方式进行反射，接入点逐个估计各个反向散射设备的反向散射信道。

7.用于如权利要求1所述的全双工环境反向散射通信系统的资源优化方法，其特征在于，设定优化目标为：在最大化最小的公平性原则下，以最大化所有反向散射设备中的最小吞吐量为目标，优化多个反向散射设备的反向散射时间τ，多个反向散射设备的功率反射系数α和接入点的子载波功率分配P，m是指第m个反向散射设备，M是反向散射设备总的数量；建立优化问题为：

其中，系统相关的信道描述为：f_m,l表示全双工接入点到第m个反向散射设备的第l路前向链路信道响应，0≤l≤L_f-1，g_m,l表示第m个反向散射设备到全双工接入点的第l路反射链路信道响应，0≤l≤L_g-1，h_l表示全双工接入点到传统用户的第l)路直射链路信道响应，0≤l≤L_h-1，v_m,l表示第m个反向散射设备到传统用户的第l路干扰链路信道响应，0≤l≤l_v-1，N为发送的OFDM信号的子载波数，N≥1，对于每个信道，定义第k个子载波的频率响应为以及σ²是高斯白噪声方差，P_m,k是第m个时隙中第k个子载波上的分配功率，其中k＝0,…,N-1，η为反向散射设备的能量收集效率，E_min,m为第m个反向散射设备在一帧时间内的最小能量需求，为平均功率约束，P_peak为峰值功率约束；

具体优化过程为：

步骤S21：初始化Q^{0},Q^{1}，迭代终止判决门限值∈，τ^{0},α^{0},P^{0}，令j＝0；

步骤S22：判断|Q^{j+1}-Q^{j}|>∈是否满足，如果满足，进入步骤S27，否则进入步骤3；

步骤S23：对于给定的α^{j},P^{j}，求解：

s.t.公式(10b)(10c)(10d)(10e)(10f)(10h) (公式11b)

在约束条件中，变量P_m,k和α_m分别被和所代替，得到优化后的τ^{j+1}；

步骤S24：对于给定的τ^{j+1},P^{j}，求解：

s.t.公式(10b)(10c)(10d)(10i) (公式12b)

在约束条件中，变量P_m,k和τ_m被分别替换为给定的和得到优化后的α^{j+1}；

步骤S25：对于给定的τ^{j+1},α^{j+1}，求解：

(10b)(10d)(10e)(10g) (公式16c)

在约束条件中，变量α_m和τ_m被分别替换为给定的和得到优化后的P^{j+1}；

步骤S26：令j＝j+1

步骤S27：返回最优方案τ^*{j}，α^*{j},P^*{j}，以及目标值Q^*{j}(τ^*{j}，α^*{j},P^*{j})。