一种协同共生反向散射通信方法及装置

本发明涉及无线通信，尤其涉及一种协同共生反向散射通信方法及装置。

背景技术：

1、随着5g时代的到来，人们对高速、低延迟和大规模连接的需求不断增加。然而，目前可用于移动通信的频谱资源非常有限，且大部分已被占用。同时，由于5g系统需要更多的天线和更高的数据传输速率，因此需要消耗更多的能量来支撑。环境反向散射通信由于不需要专用频谱资源，且工作于低功耗状态，目前已成为解决频谱稀缺与能源消耗问题的关键技术，智能超表面(reconfigurable intelligent surface,ris)由于与反向散射通信具有相同的反射原理，故可直接作为反向散射设备(backscatter device,bd)应用于反向散射系统中。

2、在ris使能的环境反向散射通信系统中，ris不仅可以增强主系统和反向散射系统信号强度，还可以在射频(radio frequency,rf)域用于被动调制信息，故可以实现主系统信号和反向散射信号的并发传输，而不需要额外的频谱资源和功率消耗。因此，ris可直接作为bd以显著提升环境反向散射通信速率和覆盖范围。2019年，h.guo等人在ieeewireless communications letters发表论文“cooperative ambient backscattersystem:a symbiotic radio paradigm for passive iot(article)”，提出共生、寄生和竞争三种传输方案并推导了最佳功率分配问题。2023年，y.huo在ieee internet of thingsjournal发表论文“distributed reconfigurable intelligent surfaces for energy-efficient indoor terahertz wireless communications”，研究了ris使能的反向散射通信的基本机制，并提出现有使能机制的问题和未来研究展望。

3、综合现有研究来看，ris使能的环境反向散射系统在提升系统性能和覆盖范围方面有着良好的前景。然而，该系统仍存在着严重的自干扰问题，这导致系统整体传输可靠性和有效性不高，难以适应5g甚至6g的密集接入需求。具体而言，传统ris使能的共生反向散射系统中，用户处采用sic解码框架依次解码主系统信号和反向散射信号，但是大规模ris构建的强反向散射信道会增大反向散射信号对主系统信号解码的干扰，而小规模ris会导致反向散射信道容量受限从而限制共生系统的通信速率。此外，仅仅使用反射型ris无法为ris另一侧的用户提供服务，这限制了共生通信系统的覆盖范围。以上问题导致ris阵面在共生系统中发挥的作用不够明显。

技术实现思路

1、本发明提供一种协同共生反向散射通信系统及方法，为在编码层面为ris使能的环境反向散射共生通信系统提供一种新方案，以解决上述现有ris协同反向散射通信系统中由于主系统载波信号和反向散射信号乘性混叠导致的从设备接收端无法从乘性混叠信号中直接译码主系统信号和反向散射信号问题。提高信号传输速率和覆盖范围，充分发挥大规模ris阵面在提升共生反向散射系统传输性能方面的作用。

2、本发明的第一方面，提供了一种协同共生反向散射通信方法，应用于反向散射通信系统，其特征在于，所述方法包括：

3、获取主系统信号，所述主系统信号是主导设备根据预设星座设计，选择的一组星座对确定的；

4、获取反向散射信号，所述反向散射信号是ris面板接收所述主系统信号之后，根据预设星座设计，从所述一组星座对中选择的；

5、所述反向散射信号与所述主系统信号一一对应；

6、将反向散射信号与主系统信号融合为ris融合信号发送至从设备。

7、可选的，在将反向散射信号与主系统信号融合为ris融合信号发送至所述多个从设备之前，还包括：

8、对所述主系统信号进行等比例放大，以补偿反向散射信号星座的能量约束。

9、可选的，所述将所述反向散射信号与所述主系统信号融合为ris融合信号包括步骤：

10、将所述反向散射信号通过ris透反射系数与所述主系统信号进行乘性融合获得ris融合信号。

11、可选的，在将所述反向散射信号与所述主系统信号融合为ris融合信号发送至所述多个从设备之后，还包括：

12、根据最大似然译码准则对所述ris融合信号进行译码；

13、对译码后的ris融合信号进行唯一可分解对分解，获得主系统信号和反向散射信号。

14、可选的，所述方法还包括：

15、根据中断率评级指标进行传输可靠性验证。

16、可选的，所述方法还包括：

17、根据所述从设备的吞吐率进行传输有效性验证。

18、可选的，所述预设星座设计包括psk星座和qam星座。

19、本发明的第二方面，提供了一种协同共生反向散射通信装置，包括：

20、主系统信号调制模块，用于获取主系统信号，所述主系统信号是主导设备根据预设星座设计，选择的一组星座对确定的；

21、反射信号调制模块，用于获取反向散射信号，所述反向散射信号是ris面板接收所述主系统信号之后，根据预设星座设计，从所述一组星座对中选择的；

22、其中，所述反向散射信号与所述主系统信号一一对应；

23、信号融合模块，用于将反向散射信号与主系统信号融合为ris融合信号发送至从设备。

24、本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述任一项所述的协同共生反向散射通信方法的步骤。

25、本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的协同共生反向散射通信方法的步骤。

26、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

27、本发明通过ris的透反射系数将主系统信号和反向散射信号自动融合为一个信号进行转发，然后在用户处根据最大似然译码准则首先译码融合后的信号，再根据ufcp特性将两个系统信号唯一地分解得到。相比于现有的反向散射通信技术，本发明不需要采用sic译码框架对两个系统信号依次译码，因此在接收端译码时，不存在译码自干扰问题，对于解决共生反向散射系统融合传输提供了新的思路，大大提高了系统的传输可靠性和有效性。

28、与现有的反射型ris使能的环境反向散射系统相比，本发明具备同时服务于ris阵面两侧用户的能力，实现全维度共生。同时，本方案以成对错误概率(pep)和吞吐率(bpcu)评估系统性能。任何一个子系统(主系统或反向散射系统)的译码出错都会导致整个系统失效。由于ris为射频域透反射传输，不引入处理时延，因此采用方案方法的协同共生反向散射传输系统的端到端吞吐率高，将为通信系统的性能、可靠性等方面提供显著的优势。