一种RIS辅助MISO共生无线电系统的资源分配方法技术方案

本发明专利技术属于共生无线电网络架构与资源分配领域，具体涉及一种RIS辅助MISO共生无线电系统的资源分配方法；该方法包括：将RIS引入MISO共生无线电系统，构建RIS辅助MISO共生无线电系统；建立RIS辅助MISO共生无线电系统的能效最大化资源分配模型；采用基于丁克尔巴赫的块坐标下降法，将能效最大化资源分配转化为3个子问题；对3个子问题求解，得到资源分配方案；系统根据资源分配方案进行资源分配；本发明专利技术在保证系统总能效最大化的同时，与传统算法相比性能有明显提升。相比性能有明显提升。相比性能有明显提升。

【技术实现步骤摘要】
一种RIS辅助MISO共生无线电系统的资源分配方法


[0001]本专利技术属于共生无线电网络架构与资源分配领域，具体涉及一种RIS辅助MISO共生无线电系统的资源分配方法。

技术介绍

[0002]随着物联网设备数量的急剧增长，频谱资源短缺问题和能量消耗剧增问题日益凸显。认知无线电可以通过频谱共享机制来解决频谱资源短缺问题，但是认知无线电中主次系统会存在干扰。由此，为充分利用干扰信号且实现资源共享，共生无线电被提出，通过主次系统协同运作，可以实现频谱、功率和基础设施的共享，且主用户可将来自次级传输系统中的信号当作多径增益而非干扰，系统容量可得到显著改善。
[0003]智能反射面(RIS)是由大量低功耗、低成本、亚波长结构和独立可控的无源电磁反射元件集成的均匀阵列平面，其主要功能是根据信号传播反馈的通信链路信息，通过软件编程的方式调整反射信号的幅度和相位，使反射信号与其他路径的信号构造性相加，从而增强接收端期望信号功率，提高通信质量。
[0004]由此，共生无线电和RIS可以作为提升谱效和能效的两种主要技术。很多文献都对基于RIS辅助的共生无线电网络进行了研究，如性能分析、最小化发射功率、系统容量，但能效优化与次级反射节点的能量收集能力被忽略，这对于一个能量受限的共生无线电系统而言极为关键。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种RIS辅助MISO共生无线电系统的资源分配方法，该方法包括：
[0006]S1：将RIS引入MISO共生无线电系统，构建RIS辅助MISO共生无线电系统；
[0007]S2：建立RIS辅助MISO共生无线电系统的能效最大化资源分配模型；
[0008]S3：采用基于丁克尔巴赫的块坐标下降法，将能效最大化资源分配转化为3个子问题；
[0009]S4：对3个子问题求解，得到资源分配方案；系统根据资源分配方案进行资源分配。
[0010]优选的，RIS辅助MISO共生无线电系统包括：一个具有N个反射单元的RIS，一个配备有Q根天线的主发射机，一个单天线主接收机和多个单天线次级反射节点；
[0011]主发射机向主接收机发送信号；
[0012]每个次级反射节点将自身信息调制到调制到来自主发射机的入射主信号上，并通过调节反射系数将调制后的信号发送给主接收机；
[0013]每个次级反射节点配备有能量收集电路和被动反向散射电路，且所有来自主发射机的信号都会经过RIS的反射来进行信号增强。
[0014]优选的，能效最大化资源分配模型表示为：
[0015][0016][0017][0018]C3:|φ
n
|2＝1,
[0019]C4:0≤α
m
≤1,
[0020][0021][0022]其中，R
sum
为系统和速率，E
total
为系统总功耗，Φ为RIS相移矩阵，R
m
表示第m个次级反射节点的速率，表示第m个次级反射节点需求的最小速率；R
s
表示主用户速率，表示主用户需求的最小速率，φ
n
表示RIS相移矩阵的对角向量的第n个元素；α
m
为第m个次级反射节点的反射系数；E
m
为第m个次级反射节点收集的能量；为第m个次级反射节点的电路功耗；w为主发射机的主动波束赋形矢量；P
max
为主发射机的最大发射功率。
[0023]优选的，将资源优化模型转化为3个子问题的过程包括：
[0024]S31、固定RIS相移矩阵和次级反射节点反射系数，建立优化变量为主动波束赋形矢量的资源分配模型；
[0025]S32、固定RIS相移矩阵和主动波束赋形矢量，建立优化变量为次级反射节点反射系数的资源分配模型；
[0026]S33、固定主动波束赋形矢量和次级反射节点反射系数，建立优化变量为RIS相移矩阵的资源分配模型。
[0027]进一步的，优化变量为主动波束赋形矢量的资源分配模型表示为：
[0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035]其中，W＝ww
H
，w为主发射机的主动波束赋形矢量；η为能效辅助变量，P
cir
为系统电路功耗总和，表示第m个次级反射节点的第一等效速率，表示主用户速率的第一等效速率，M为系统中次级反射节点个数，表示第m个次级反射节点收集的第一能量等效值，
Tr()表示矩阵的迹，表示第m个次级反射节点需求的最小速率，表示主用户需求的最小速率，为第m个次级反射节点的电路功耗，P
max
为主发射机的最大发射功率，rank()表示矩阵的秩。
[0036]进一步的，优化变量为次级反射节点反射系数的资源分配模型表示为：
[0037][0038][0039][0040]C4:0≤α
m
≤1,
[0041][0042]其中，η为能效辅助变量，P
cir
为系统电路功耗总和，M为系统中次级反射节点个数；W＝ww
H
，w为主发射机的主动波束赋形矢量，Tr()表示矩阵的迹；表示第m个次级反射节点的第一等效速率，表示主用户速率的第一等效速率，表示第m个次级反射节点需求的最小速率，表示主用户需求的最小速率，α
m
为第m个次级反射节点的反射系数，表示第m个次级反射节点收集的第一能量等效值，为第m个次级反射节点的电路功耗。
[0043]进一步的，优化变量为RIS相移矩阵的资源分配模型表示为：
[0044][0045][0046][0047][0048][0049][0050]C10:rank(Ψ)＝1.
[0051]其中，η为能效辅助变量，P
cir
为系统电路功耗总和，表示第m个次级反射节点的第二等效速率，表示主用户速率的第二等效速率，M为系统中次级反射节点个数，表示第m个次级反射节点收集的第二能量等效值；W＝ww
H
，w为主发射机的主动波束赋形矢量，Tr()表示矩阵的迹；表示第m个次级反射节点需求的最小速率，表示主用户需求的最小速率，为第m个次级反射节点的电路功耗，N表示RIS反射单元总数；Ψ＝[φ，β]T
[φ，β]，φ表示RIS相移矩阵的对角向量，β表示相移辅助变量。
[0052]优选的，对3个子问题求解的过程包括：
[0053]采用半正定松弛和连续凸近似，将优化变量为主动波束赋形矢量的资源分配模型转化为第一凸优化问题；
[0054]采用二次变换法，将优化变量为次级反射节点反射系数的资源分配模型转化为第二凸优化问题；
[0055]采用半正定松弛和连续凸近似，将优化变量为RIS相移矩阵的资源分配模型转化为第三凸优化问题；
[0056]采用凸优化理论对第一凸优化问题、第二凸优化问题和第三凸优化问题进行求解，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RIS辅助MISO共生无线电系统的资源分配方法，其特征在于，包括：S1：将RIS引入MISO共生无线电系统，构建RIS辅助MISO共生无线电系统；S2：建立RIS辅助MISO共生无线电系统的能效最大化资源分配模型；S3：采用基于丁克尔巴赫的块坐标下降法，将能效最大化资源分配转化为3个子问题；S4：对3个子问题求解，得到资源分配方案；系统根据资源分配方案进行资源分配。2.根据权利要求1所述的一种RIS辅助MISO共生无线电系统的资源分配方法，其特征在于，RIS辅助MISO共生无线电系统包括：一个具有N个反射单元的RIS，一个配备有Q根天线的主发射机，一个单天线主接收机和多个单天线次级反射节点；主发射机向主接收机发送信号；每个次级反射节点将自身信息调制到调制到来自主发射机的入射主信号上，并通过调节反射系数将调制后的信号发送给主接收机；每个次级反射节点配备有能量收集电路和被动反向散射电路，且所有来自主发射机的信号都会经过RIS的反射来进行信号增强。3.根据权利要求1所述的一种RIS辅助MISO共生无线电系统的资源分配方法，其特征在于，能效最大化资源分配模型表示为：为：为：C3:|φ
n
|2＝1,C4:0≤α
m
≤1,≤1,其中，R
sum
为系统和速率，E
total
为系统总功耗，Φ为RIS相移矩阵，R
m
表示第m个次级反射节点的速率，表示第m个次级反射节点需求的最小速率；R
s
表示主用户速率，表示主用户需求的最小速率，φ
n
表示RIS相移矩阵的对角向量的第n个元素；α
m
为第m个次级反射节点的反射系数；E
m
为第m个次级反射节点收集的能量；为第m个次级反射节点的电路功耗；w为主发射机的主动波束赋形矢量；P
max
为主发射机的最大发射功率。4.根据权利要求1所述的一种RIS辅助MISO共生无线电系统的资源分配方法，其特征在于，将资源优化模型转化为3个子问题的过程包括：S31、固定RIS相移矩阵和次级反射节点反射系数，建立优化变量为主动波束赋形矢量的资源分配模型；S32、固定RIS相移矩阵和主动波束赋形矢量，建立优化变量为次级反射节点反射系数的资源分配模型；S33、固定主动波束赋形矢量和次级反射节点反射系数，建立优化变量为RIS相移矩阵的资源分配模型。
5.根据权利要求4所述的一种RIS辅助MISO共生无线电系统的资源分配方法，其特征在于，优化变量为主动波束赋形矢量的资源分配模型表示为：于，优化变量为主动波束赋形矢量的资源分配模型表示为：于，优化变量为主动波束赋形矢量的资源分配模型表示为：于，优化变量为主动波束赋形矢量的资源分配模型表示为：于，优化变量为主动波束赋形矢量的资源分配模型表示为：于，优化变量为主动波束赋形矢量的资源分配模型表示为：于，优化变量为主动波束...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐勇军，周春宇，来容，陈量，周继华，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：