[发明专利]多BD共生无线电系统频谱效率与能量效率的权衡方法

说明书

本发明涉及无线通信技术领域，公开了一种多BD共生无线电系统频谱效率与能量效率的权衡方法，具体为：设定约束条件，在所述约束条件下联合信道分配策略以及功率分配策略建立频谱‑能量效率最大化模型并求解，以最大化该多BD多用户共生无线电系统的频谱效率与能量效率加权和，通过对该多BD多用户共生无线电系统在能量效率和频率效率进行权衡，从而达到提升多BD多用户共生无线电系统在频谱效率与能量效率的整体水平的目的。本发明能够显著提升SE与EE的加权和，从而提升系统在SE与EE权衡问题方面的性能，具有很强的应用价值和实际意义。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种多BD共生无线电系统频谱效率与能量效率的权衡方法。

背景技术

物联网(Internet of Things，IoT)是未来无线网络的主要应用之一。由于物联网设备数量的指数级增长，在频谱资源利用方面，需要大量的频谱资源来支持这样大规模的连接；在能量资源利用方面，能源约束是物联网设备的另一个关键问题，特别是物联网设备的传统发射器使用的是有源射频组件，成本高，功耗大，可能不适合大规模部署。因此，未来物联网需要开发高频谱效率和节能的通信技术。共生无线电(Symbiotic Radio,SR)，又称认知后向散射通信，是一种新型的共生通信范式，可以支持无源IoT设备。由于其共生特性以及高频谱效率和能量效率，近年来引起了人们的极大关注，被认为是6G的一个有前途的候选。后向散射装置(Backscatter Device,BD)作为SR系统不可或缺的关键设备，能够寄生在一个主传输中；主发射器(Primary Transmitter,PT)将信息传输给主接收机(PrimaryReceiver,PR)，BD能够通过有意地改变天线阻抗将自身信号调制到主信号上，并将调制后的信号后向散射到相同的PR。因此，BD传输不仅为主传输增加了额外的多径分量从而增强了主通信链路，而且也将BD自身的信号传输给了PR，这就是所谓的共生无线电的互惠关系，这使得它对高频谱效率和节能的IoT特别有吸引力。

在频谱资源的利用方面，BD与用户共享相同的信号源和频谱资源，干扰问题与资源有限是SR系统频谱资源利用方面的主要挑战，会影响SR系统的可达速率与频谱效率。因此，通过引用新技术以及合理的频谱资源分配策略来提高SR系统的频谱效率(SpectralEfficiency,SE)问题是值得优化和探讨的。

如何在资源有限的SR系统中通过资源分配策略来提高SR系统的SE，这方面已经做了大量的研究工作。然而，以往的研究大多忽略了基站(Base Station,BS)、用户设备(UserEquipment,UE)以及有源物联网设备的能量消耗。在实际应用中，用户设备和物联网设备通常由电池供电，这些设备的电池容量小并且能量是有限的。如果在SR系统研究中忽略设备的能量消耗问题，系统设备可能就会很快耗尽能量，从而影响系统的可达速率与能量效率(Energy Efficiency,EE)。因此，如何通过合理的能量资源分配策略来提高SR系统的能量效率是亟需解决的。

但是，SE最大化和EE最大化两个目标问题是存在矛盾的，系统的能量效率(EE)和频谱效率(SE)与总速率R_sum、总功耗P_sum以及系统被分配的总带宽B_sum的关系可以简单表达为所以要最大化η_EE，就要增大B_sum，减小P_sum；要最大化η_SE，就要增大P_sum，减小B_sum，因此，最佳的EE和SE并不总是可以同时达到。

在实际场景中，应该根据实际需求和限度，将SE和EE同时纳入考虑，在SE和EE之间进行取舍和折中，研究SR系统中EE和SE的权衡问题是一项亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种多BD多用户共生无线电系统频谱效率与能量效率的权衡方法，以解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：