基于用户窃听的MU-MISO反向散射通信系统鲁棒资源分配算法

针对反向散射通信系统信道估计不准、信息容易被窃听等问题,该文提出一种基于用户窃听的多用户-多输入单输出(MU-MISO)反向散射通信系统鲁棒资源分配算法,以提高系统传输鲁棒性与信息安全性。首先,考虑基站最大功率、时间分配、信道不确定性、能量收集和保密率等约束,建立一个MU-MISO的反向散射通信系统鲁棒资源分配问题。其次,基于非线性能量收集模型和有界球形信道不确定性模型,利用变量松弛法和S过程将原NP-hard问题转化为确定性问题,随后利用连续凸近似、半正定松弛与块坐标下降法将其转化为凸优化问题求解。仿真结果表明,与传统非鲁棒算法对比,所提算法具有较高的系统容量和较低的中断概率。

反向散射通信技术的研究与发展

反向散射通信作为物联网部署的重要技术手段,其主要思想是利用入射信号进行低功耗被动通信和能量收集,以期实现物联网节点的能源自持。为了加深对该技术的认识并推动相关领域的发展,对现有研究展开综述并对未来发展进行展望。首先,阐述了反向散射通信的基本原理及架构演进。其次,针对不同的通信架构,对已有工作进行了综述。在此基础上,给出了融主被动传输的互惠共生反向散射通信架构,并进行了初步的研究和仿真分析。最后,结合已有研究探讨了所提通信架构的未来研究方向。

基于硬件损伤的认知反向散射通信网络鲁棒安全资源分配算法

为了提高反向散射通信网络频谱效率、传输鲁棒性及信息安全性,该文提出一种基于硬件损伤的认知反向散射通信网络鲁棒安全资源分配算法。首先,考虑认知反向散射用户的最小安全速率、传输时间、能量收集和反射系数等约束,基于有界信道不确定性和频谱感知误差模型,建立一个多变量耦合的吞吐量最大化非凸资源分配问题。其次,利用最坏准则、连续凸近似和交替优化方法,将原问题转换为凸优化问题,并提出一种基于迭代的鲁棒资源分配算法。仿真结果表明,与现有算法对比,所提算法具有较好的鲁棒性。

基于NOMA的共生反向散射通信的性能分析

非正交多址接入和环境反向散射通信是提高无线通信系统频谱效率的关键技术.针对能量受限问题,提出了一种基于瑞利衰落信道的下行非正交多址接入多路传输的共生反向散射通信系统.该系统由1个源节点S、1个反向散射设备BD和1个目的节点D组成.考虑到实际的非线性能量收集模型,在满足反射设备的能量因果约束的情况下,采用了一种最优动态反射系数以最大化反向散射信号的功率,推导了该系统中断概率的解析表达式,通过仿真验证了理论推导的正确性.仿真结果表明,反射设备电路的自身损耗对系统中断性能有重要影响.此外,通过仿真对比分析了基于非正交多址的共生反向散射通信系统和基于正交多址的共生反向散射通信系统性能,结果表明基于非正交多址的共生反向散射通信系统具有更好的中断性能.

基于统计信道状态信息的智能反射面辅助反向散射通信系统鲁棒资源分配算法

为解决传统反向散射通信(BackCom)系统存在通信距离短、系统吞吐量较低和克服信道不确定性能力差的问题,该文提出一种基于统计信道状态信息(CSI)的智能反射面(RIS)辅助反向散射通信系统鲁棒资源分配算法。考虑功率站最大发射功率约束、反射节点的能量中断约束和吞吐量中断约束、反射系数约束、RIS相移约束和信息传输时间约束,建立了系统加权和吞吐量最大化的鲁棒资源分配模型;利用伯恩斯坦不等式、交替优化和半正定松弛方法,将原非凸问题转换成凸优化问题求解,并提出一种基于迭代的鲁棒吞吐量最大化算法。仿真结果表明,与传统非鲁棒资源分配算法和无RIS资源分配算法相比,所提算法具有更强的鲁棒性和更高的吞吐量。

智能反射面增强的全双工环境反向散射通信系统波束成形算法

当前传统环境反向散射通信存在双重衰落、障碍物阻挡和网络容量有限的问题。智能反射面(RIS)作为6G的关键候选技术因能够主动改善信号传输质量、提升通信系统传输性能而备受关注。为此,该文将RIS与全双工技术引入到环境反向散射通信系统,研究了考虑硬件损伤与RIS离散相移的RIS增强全双工环境反向散射通信系统波束成形算法。首先,考虑反射节点最小能量收集与服务质量约束、功率站最大发射功率约束和RIS相移约束,建立了总发射功率最小的波束成形优化问题。然后,利用交替优化、半正定松弛、变量替换、半正定规划将原非凸问题转化成可求解的凸优化问题。最后,仿真结果表明,所提算法比传统波束成形方法平均功耗降低了7.8%。

中继辅助的寄生反向散射通信网络中断性能分析

已有寄生反向散射通信网络依赖于收发机之间存在的直达链路,从而无法应用于直达链路深度衰落或不存在场景。针对上述问题,该文提出一种中继辅助的寄生反向散射通信网络,并分析所提网络的中断性能。具体而言,依据所提网络推导得到主系统和次系统的瞬时信噪比,并在考虑次用户能量因果约束的条件下定义了主次系统中断概率,接着利用数学知识推导得到瑞利衰落模型下的主次系统中断概率表达式,最后通过计算机仿真验证了所推导的主次系统中断概率表达式的准确性,并分析了不同系统参数对主、次系统中断概率的影响。

反向散射通信中标签选择策略中断性能分析

该文研究的反向散射通信(BackCom)系统由1个专用射频信号源、若干个标签及1个目的节点构成。在考虑了信道估计误差(CEE)的前提下,该文在Nakagami-m信道中,提出了能够最大化目的节点信噪比(SNR)的标签选择策略,推导了所提策略的中断概率和分集增益的解析表达式。该文的分析中,考虑了标签自身能耗对系统性能的影响。仿真结果验证了理论分析的正确性,同时考察了关键参数对系统性能的影响。理论分析和仿真结果均表明,信道估计误差的存在使得系统的分集增益为0。

基于极大熵方法的反向散射通信资源分配算法

针对因反向散射通信节点存在重叠、混乱分布情况,导致通信效率降低、资源分布不均匀问题,提出基于极大熵方法的反向散射通信资源分配算法。以资源累积奖励期望作为目标函数,利用极大熵方法求得资源节点在不同状态下的局部最优值,采用贝尔曼迭代逐次递归求解资源分配最大熵值参数。基于分配信息熵概念,根据信息熵与资源均匀性间的正比关系,将反向散射通信不同区域节点的信息熵值和时延变化参数作为约束条件。将反向散射系数、传输功率、反射端子载波数的实时状态输入约束函数,获取最优资源分配因子,按照分配因子对通信参数逐一调试直至满足最佳资源分配条件。实验结果证明,所提方法性能表现优异,应用后通信系统能效得到了明显改善,资源分配效果更优。

基于RIS的车路协同反向散射保密通信方法

考虑到未来车联网对能量消耗和网络寿命前所未有的需求,将BackCom和RIS技术应用于V2I无线通信系统,以满足基础设施广泛部署的场景和需求。这两种技术都可以在没有射频发射元件的情况下实现被动低功耗的数据传输。在所引入的系统模型中,一个安装在路边基础设施上的RIS通过反向散射来自附近基站的信号向多个合法用户发送机密信息。然而,反向散射信号存在被窃听的风险。因此,假设存在多个窃听者试图拦截RIS的信息。然后,通过联合优化基站的主动波束形成和RIS反射系数,实现最小保密速率的最大化。最后,基于一种替代算法进行了大量仿真,验证了所考虑系统和所提出优化方案的可行性和有效性。

无源反向散射通信系统载波频偏位置快速检测算法

近来无源反向散射通信技术作为绿色物联网的关键技术,引起了广泛的关注。在无源反向散射通信系统中,收发节点与反射节点的振荡器差异、相对运动以及环境变化,导致接收端和发送端存在载波频率偏移(CFO)。CFO对信号检测和系统性能有重要影响,而当前多数无源反向散射通信系统研究忽略了CFO。该文设计了一种适用于频移键控调制(FSK)的CFO快速检测方法,不需要导频就能快速有效检测出CFO是否存在并找出存在的位置。首先,根据信号在CFO存在与否的不同,采用去直流后取模方法对信号进行处理,而后根据处理后的信号的特点,基于累积和(CUSUM)设计快速检测算法对载波频偏出现的位置进行检测,并对理论分析结果进行仿真验证,仿真结果表明取模检测可以有效检测出CFO出现的位置。

反向散射通信网络中的能量优化路由协议

针对反向散射通信中无源节点传输范围不同,获得能量不同的问题,提出一种能量优化路由协议(EORP),实现较短路径下节点间的能量均衡。为无源节点调整转发区域,降低转发冗余;动态调整路由度量的权重,实现不同区域能量均衡性和有效性的权衡;划分稳定区域,通过稳定点和备用点之间的协作进一步降低能量消耗。实验结果表明,与AODV和RCRP相比,EORP能有效地延长网络生存期,降低剩余能量方差和能量消耗,提高网络吞吐量。

智能反射表面辅助的反向散射通信系统研究综述

智能反射表面技术因其具有智能重构无线通信环境的卓越能力,在6G中具有广泛的应用。反向散射通信技术作为低功率通信的典型技术,可应用于超低功率通信和低成本物联网设备。概述了智能反射表面技术和反向散射通信技术,并对其研究意义进行了分析;从性能分析、信道估计、波束赋形、资源调度等多方面总结分析了反向散射通信技术和智能反射表面技术的研究现状及发展趋势。在此基础上,对智能反射表面辅助的反向散射通信系统进行了探讨,并对未来发展方向进行了展望。

UAV辅助的反向散射通信系统的安全性能分析

环境反向散射通信(AmBC)技术是6G物联网的关键技术之一,能够实现低功耗、低成本、易部署的“绿色”通信。与灵活部署的无人机(UAV)相结合,可以解决地面射频(RF)源覆盖有限的问题。本文研究了一种存在被动窃听器的UAV辅助AmBC网络的安全性能。具体而言,UAV被用作空中基站为孤立的地面用户提供服务,AmBC标签借助UAV的RF信号向其相关联的接收机传输信息。为了表征该系统的性能,采用高斯-切比雪夫求积方法分别推导了空地链路和反向散射链路的安全中断概率的闭式表达式。蒙特卡罗仿真验证了分析结果的正确性和有效性。

基于不完美CSI的认知反向散射通信吞吐量最大化算法

为了提高频谱传输效率和抑制信道不确定性影响,该文提出一种基于不完美信道状态信息的认知反向散射通信吞吐量最大化算法。首先,考虑主基站最大发射功率、传输时间、用户服务质量、有界信道不确定性等约束,建立了联合优化主基站波束、传输时间、反射系数的多变量耦合的非线性鲁棒吞吐量最大化模型。其次,利用最坏准则、S-Procedure、连续凸近似和交替优化方法,将原问题转换为凸优化问题,并提出一种基于迭代的鲁棒资源分配算法。仿真结果表明,与非鲁棒算法对比,所提算法具有较好的吞吐量和鲁棒性,且中断概率减小2.39%。

无人机辅助的非正交多址反向散射通信系统max-min速率优化算法

无人机(UAV)、非正交多址(NOMA)和反向散射通信(BC)相结合,可以满足热点地区高容量需求,提高通信质量。该文提出一种无人机辅助的NOMA反向散射通信系统最小速率最大化资源分配算法。考虑无人机发射功率、能量收集、反射系数、传输速率以及连续干扰消除(SIC)解码顺序约束,建立基于系统最小速率最大化的资源分配模型。首先利用块坐标下降将原问题分解为无人机发射功率优化、反射系数优化和无人机位置与SIC解码顺序联合优化3个子问题,然后使用反证法给出无人机最优发射功率,再用变量替换法和连续凸逼近将剩余子问题进一步转化为凸优化问题进行求解。仿真结果表明,所提算法在系统和速率与用户公平性之间具有较好折中。

无线供能反向散射通信中能耗最小化资源分配方法

针对无线供能反向散射通信网络,提出了一种满足传感设备通信需求及能量因果的专用能量站能耗最小化资源分配方法。在考虑非线性能量收集模型及不完美串行干扰消除基础上,通过联合优化专用能量站发射功率、传感设备反向散射通信时间、反向散射系数及其能量收集时间,构建了一个专用能量站能耗最小化的非凸多维资源分配问题。首先,构建辅助变量对反向散射系数与时间进行解耦,再利用目标函数是关于专用能量站发射功率的单调递减函数这一特性来设计一种基于二分法的迭代算法来获取原问题的最优解。仿真验证了所提算法的快速收敛性,同时,与同类算法相比,所提方法可为专用能量站节约更多的能量。

面向电力物联网的认知反向散射通信鲁棒资源分配算法

在反向散射通信网络中,反射节点可以收集环境中的无线射频信号并转化为能量信号存储起来,从而以绿色、低成本的特点延长电力物联网传感器节点的运行寿命。然而,现有大部分工作都集中在网络架构设计与性能分析上,缺少分析信道不确定性对资源分配的影响。为了提高系统传输鲁棒性、频谱利用率及克服信道不确定性对性能的影响,文章提出了一种基于中断概率约束的认知反向散射通信鲁棒资源分配算法。具体来讲,考虑物联网节点中断速率约束与最小能量收集约束,通过联合优化次发射机的传输时间、发射功率和反射系数,使得系统吞吐量最大化。仿真结果验证了所提算法的鲁棒性,在电力物联网有很好的应用价值。

无人机辅助反向散射通信计算任务卸载与资源分配

针对边缘计算网络中用户能量短缺问题,该文提出一种无人机(UAV)辅助的反向散射通信网络计算任务卸载和资源分配方案。首先,通过联合考虑飞行轨迹、用户的计算频率、任务卸载比例、无人机及用户的发射功率、反向散射时间分配以及主动通信时间分配,构建最小化无人机总能耗优化问题。其次,利用交替优化算法,将原非凸问题分解为两个子问题,并通过连续凸逼近方法将原问题转化为凸问题进行求解。仿真结果表明,所提算法使得无人机能耗显著减少,且具有良好的收敛性。

智能反射面辅助的反向散射通信信道的传播模拟

为了解决引入智能反射面(IRS)后反向散射通信(BackCom)信道的传播模拟问题,该文提出一种基于抛物方程(PE)和矩量法(MoM)的高效混合数值方法。该方法将电大场景下IRS辅助信道的传播建模问题分解为电波传播与电磁散射两个子问题,分别采用PE和MoM进行求解。通过对视距和非视距场景下IRS辅助的信道进行模拟,探讨了PE-MoM混合求解技术的高效性。仿真结果表明,与MoM相比,所提算法的计算速度提升了6.46倍,计算资源消耗也下降了81%,且相对均方根误差仅为3.89%。对比结果表明所提出的PE-MoM方法能够在兼顾计算精度和计算效率的同时,实现IRS辅助的BackCom信道的传播模拟。