申请/专利权人：江苏若藤煊科技有限公司

申请日：2022-12-08

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN116170053B

主分类号：H04B7/185

分类号：H04B7/185;H04B7/155;H04W24/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.07.05#授权;2024.06.28#专利申请权的转移;2024.06.18#专利申请权的转移;2023.06.13#实质审查的生效;2023.05.26#公开

摘要：本发明请求保护一种无人机辅助的非正交多址Non‑orthogonalMultipleAccess,NOMA反向散射通信系统max‑min速率最大化方法，属于无线通信资源分配领域。该方法考虑到无人机发射功率、能量收集、反射系数、传输速率以及连续干扰消除SuccessiveInterferenceCancellation,SIC解码顺序约束，通过控制无人机发射功率、反向散射器的反射系数和无人机的位置与SIC解码顺序最大化系统的max‑min速率。本方法主要基于变量替代、块坐标下降BlockCoordinatedDescent,BCD和连续凸逼近SuccessiveConvexApproximation,SCA等方法，通过将非凸问题转换成凸优化问题求解，最大程度地提高系统max‑min速率。本发明具有计算复杂度低，可保证反向散射器的能量约束和反向散射器的传输速率约束，提高系统max‑min速率的优点。

主权项：1.一种无人机辅助的NOMA反向散射通信系统max-min速率最大化方法，所述NOMA指非正交多址接入，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、设置反向散射器的个数、max-min速率判决门限、惩罚收敛门限、外层最大迭代次数、初始化max-min速率、内层迭代次数、外层迭代次数、惩罚参数及步长；步骤2、建立优化问题，基于块坐标下降法BCD将目标问题分为三个子问题P1、P2和P3，P1为无人机发射功率优化问题，P2为反射系数优化问题，P3为无人机位置与SIC解码顺序联合优化问题；步骤3、设置无人机发射功率为最大发射功率，并初始化后续操作所需要的参数，包括无人机初始位置和SIC解码顺序；步骤4、根据给定的无人机位置和SIC解码顺序，使用凸优化内点法求解问题P2得到最优反射系数；步骤5、根据步骤4得到的最优反射系数，使用凸优化内点法求解问题P3得到最优无人机位置和SIC解码顺序；步骤6、max-min速率更新收敛的判断，计算更新的max-min速率值，如果更新的max-min速率与上一次的max-min速率之差的绝对值不大于max-min速率判决门限，max-min速率收敛，再判断松弛变量集是否达到惩罚收敛门限；如果更新的max-min速率与上一次的max-min速率之差的绝对值大于max-min速率判决门限，则将新计算出的max-min速率值保存为此时的max-min速率值并转到步骤4中更新反射系数；步骤7、松弛变量集惩罚收敛的判断，计算更新的松弛变量集中的最大值，如果更新的松弛变量集中的最大值大于惩罚收敛判决门限，则更新惩罚因子并转到步骤4中更新反射系数；如果更新的松弛变量集中的最大值不大于惩罚收敛判决门限，则更新外层迭代次数，再判断外层迭代次数是否达到最大迭代次数；步骤8、外层迭代次数的判断，如果外层迭代次数小于最大迭代次数，则转到步骤4中更新反射系数；如果外层迭代次数不小于最大迭代次数，则给出最大的max-min速率值，方法结束；所述步骤2中建立优化问题具体包括：由1个全双工无人机、N个反向散射器BD组成的反向散射通信系统；其中无人机配备双天线，BD配备单天线，BD集合定义为无人机飞行高度为H，无人机的水平位置表示为q＝[xu,yu]T，BD的位置表示为wn＝[xn,yn]T；无人机到第n个BD的信道功率增益表示为式中表示BD和无人机之间的距离，β0表示参考距离1m处的信道功率增益；假设无人机发送的RF信号为x且满足E[|x|2]＝1，那么第n个BD从无人机接收的信号表示为BD的接收功率为式中Pu表示无人机发送RF信号的发射功率；BD将接收到的信号分为两部分，一部分反射到无人机，另一部分用于其自身的供能；用于BD自身供能部分的信号表示为BD采集的能量表示为En＝ηn1-rnPuhn，其中ηn∈[0,1]表示第n个BD的能量效率转换系数，rn∈[0,1]表示第n个BD的反射系数；同时，BD反射到无人机的信号表示为其中an表示第n个BD的符号信号满足E[|an|2]＝1；此时BD的反射功率为由NOMA原理可得无人机接收到来自BD的信号为其中是加性高斯白噪声，σ2是噪声方差，xuu表示无人机的自干扰；引入变量来表示SIC解码顺序，其中αnm＝1表示第m个BD比第n个BD到无人机的信道增益小，在无人机解码第n个BD的消息时，第m个BD的消息被视为干扰；否则αnm＝0，因此，αnm的定义如下： 其中，1可以等价写为2 其中，2a表示对于两个不同的BD，αnm为0或1；2b表示无人机在解码第n个BD的消息时不应将第n个BD的消息看作干扰；2c表示对于两个不同的BD，若一个被认为是信道增益较强的BD，则另一个必须是信道增益较弱的BD，2a、2c和2d确保当dn＞dm时，有αnm＝0；否则αnm＝1；第n个BD到无人机的速率表示为 考虑在无人机发射功率、反射系数、能量采集、传输速率以及SIC解码顺序约束下，建立最小速率最大化资源分配问题为 其中，表示反射系数，表示SIC解码顺序，C1表示无人机发射功率约束，Pmax表示无人机的最大发射功率门限；C2表示反射系数rn约束；C3表示BD收集的能量大于其消耗的能量，Pc为BD维持自身电路工作需要消耗的功率；C4表示最小速率约束，Rmin表示最小速率门限；2a-2d为SIC解码约束；在步骤2中得到优化问题后，基于BCD将优化问题分为三个子问题P1、P2和P3，首先固定无人机位置q、反射系数R和SIC解码顺序A，可得优化问题P1: 固定无人机发射功率Pu，无人机位置q和SIC解码顺序A，可得优化问题P2: 固定无人机发射功率Pu，反射系数R，并引入辅助变量s可得优化问题P3:

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