【技术实现步骤摘要】
一种基于IRS的无线供能反向散射通信方法及系统
[0001]本专利技术属于无线供能反向散射通信
，特别涉及一种基于IRS的无线供能反向散射通信方法及系统。
技术介绍
[0002]低功耗无线网络通信技术中的重要问题之一是能量限制与吞吐量最大化之间的关系。
[0003]无线能量收集技术能够使无线系统收集并存储无线环境中的信号能量，实现无源无线通信。另一方面，反向散射通信可以通过调制环境中的无线信号来发送自身的数据。最近，新兴的IRS技术为上述两种低功耗通信技术注入了新的活力。IRS是一种二维超表面，能够通过其反射单元来实时动态控制入射的电磁波特性，包括反射、传播/折射、聚焦/波束成形、极化、准直、分离和模拟处理等。IRS并没有配备有源射频链，通过被动运行，能够实现增强目的信号和抑制干扰的目标。目前，不少研究已经将IRS用于无线能量收集技术或反向散射通信当中。然而，这三种技术的有机结合尚无相关研究。此外，因IRS具有空间调制能力还被用来将反向散射通信与IRS相结合。
技术实现思路
[0004]本专利技...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于IRS的无线供能反向散射通信方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建基于IRS的无线供能反向散射通信网络模型：当天线AP发送承载信息的信号给单天线主用户PU时，一部分无线信号能量被反射单元IRS接收到，该能量能够保存到能量存储器或用于反向散射通信，将IRS在一个时间块的运行，建模为一个简单的两阶段过程；2)表述反向散射通信吞吐量优化问题：以单位带宽的反向散射通信吞吐量最大化为目标，以AP和IRS处的波束成形以及两阶段过程的时间分配为优化变量，对优化问题进行表述；3)求解反向散射通信吞吐量优化问题和算法复杂性分析：通过将优化问题分解成两个易于解决的优化问题，进而问题通过调用SDR、AO和高斯随机方法完成求解，随后，对求解方案进行了复杂度分析；4)仿真验证：使用数值仿真对提出的仿真进行验证，通过对比最大比传输、随机相位、随机时间和有源天线方案，证实提出方案的可行性和通信性能增益。2.根据权利要求1所述的一种基于IRS的无线供能反向散射通信方法，其特征在于，无线供能反向散射通信网络模型包括一个N根天线的AP、一个单天线主用户PU、一个单天线次级用户SU和一个具有L个反射单元的IRS。3.根据权利要求2所述的一种基于IRS的无线供能反向散射通信方法，其特征在于，IRS在该时间块的运行可以建模为一个简单的两阶段过程，将该时间块分成前后两个时间段1
‑
t和t；在第一时间段1
‑
t内，IRS切换为能量收集模式，其接收的无线信号能量被收集并存储在其连接的能量存储器中；在第二时间段t内，先前存储的能量被用于维持IRS的反射元素运行。4.根据权利要求2所述的一种基于IRS的无线供能反向散射通信方法，其特征在于，在第一阶段，PU处和SU处的信干噪比SINR由下式表示其中P是AP的发射功率，是AP到PU的信道增益，是AP到SU的信道增益，w1是第一阶段用于的信号的波束成形，和分别是PU处和SU处的高斯白噪声的方差；假定IRS处所收集的能量总和正比于接收信号的功率，即如下列关系式所示E＝η(1
‑
t)P||Hw1||2，其中是AP到IRS的信道增益，η是IRS的能量收集效率；在第二阶段，环境无线信号s到达IRS时被调制成新的信号并被反向散射，本阶段PU处和SU处接收的信号s的表达式由下式表示本阶段PU处和SU处接收的信号s的表达式由下式表示其中w2是第二阶段AP的波束成形，和分别是PU和SU处的高斯白噪
声，和分别是从AP到PU的和从AP到SU的信道增益，Ψ＝ΘΞ由反射系数矩阵Θ与调制矩阵Ξ决定；令其中l∈L＝{1,2,...,L}且α
l
＝[0,2π]分别指IRS第l个反射单元的振幅和相位；推导出以下表达式本阶段PU处和SU处的SINR由下式表示第二阶段和第一阶段所收集能量，满足能量约束η(1
‑
t)P||Hw1||2≥tLμ，其中μ指反射元素单元的功耗；联合优化AP和IRS处的波束成形以及两阶段过程的时间分配；该优化问题可表示为s.t.η(1
‑
t)P||Hw1||2≥tLμ，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)(1)(1)其中Γ
p
指PU处要求的SINR最小值，Θ
l,l
指Θ的第l个对角元素；假定AP和IRS之间的信息交换足够顺畅，联合优化参数w1、w2、Θ和t使单位带宽的反向散射通信吞吐量最大化。5.根据权利要求4所述的一种基于IRS的无线供能反向散射通信方法，其特征在于，将问题P1分解为两个更便于解决的优化问题，即反向散射通信速率最大化和参数t和w1的最优解。6.根据权利要求5所述的一种基于IRS的无线供能反向散射通信方法，...
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