双向智能反射单元选择方法
阅读说明：本技术 双向智能反射单元选择方法 (Bidirectional intelligent reflection unit selection method ) 是由 赵娟 吴晓欢 朱卫平 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种双向智能反射单元选择方法,用户一和用户二工作在同一频段,用户一和用户二收发均同时进行,用户一通过多个智能反射单元中选定的智能反射单元协作完成与用户二通信,其中,将双向传输中断概率最小的智能反射单元作为选定的智能反射单元；用户一和用户二均作为发送端发送信息,同时作为信宿,通过选定的智能反射单元接收对方发送的信息。该方法通过选择双向传输中断概率最小的智能反射单元进行辅助通信,显著提升了物联网的无线通信性能,也增强了无线通信质量。(The invention provides a bidirectional intelligent reflection unit selection method, wherein a first user and a second user work in the same frequency band, both the first user and the second user receive and transmit simultaneously, and the first user completes communication with the second user through the cooperation of an intelligent reflection unit selected from a plurality of intelligent reflection units, wherein the intelligent reflection unit with the minimum bidirectional transmission interruption probability is used as the selected intelligent reflection unit; and the first user and the second user are both used as sending ends to send information, and are used as information sinks to receive the information sent by the other side through the selected intelligent reflection units. According to the method, the intelligent reflection unit with the minimum bidirectional transmission interruption probability is selected for auxiliary communication, so that the wireless communication performance of the Internet of things is remarkably improved, and the wireless communication quality is also enhanced.)
技术领域
本发明涉及一种双向智能反射单元选择方法，属于无线通信技术领域。
背景技术
物联网技术部署大量节点，经常需要节点间相互通信。由于节点部署区域大，有时两个节点无法直接通信，这时就需要辅助通信模块参与。智能反射单元是一种新的辅助通信模块，与传统中继相比，其功率小、易部署。智能反射单元通过对数据信号的反射，能够有效提升网络传输性能，将无线电波更好的传播到更远位置，提供了一种有效的技术手段。
例如中国专利申请CN202011490400.7公开了一种基于智能反射面的通信方法、系统及装置，该申请根据智能反射面中相邻反射元件之间的距离以及待发送射频信号的状态信息，确定第一用户端传输射频信号至第二用户端时，最小中断概率下对应的智能反射面相位，使得智能反射面根据相位进行相位调整。通过实施本发明，减小第一用户端传输给第二用户端时的中断概率，提高系统可靠性。
但该发明只解了决单方向无线信息传输，并未考虑也难以解决两个用户同时双向进行无线信息传输并保证通信性能的问题。
上述问题是在双向智能反射单元选择过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种双向智能反射单元选择方法，在双向通信时，按照双向传输中断概率选择合适的智能反射单元，从而保证物联网系统高效工作，解决现有技术中存在的双向进行无线信息传输时无线通信性能和通信质量需要提升的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种双向智能反射单元选择方法，包括：
用户一和用户二工作在同一频段，用户一和用户二收发均同时进行，用户一通过多个智能反射单元中选定的智能反射单元协作完成与用户二通信，其中，将双向传输中断概率最小的智能反射单元作为选定的智能反射单元；用户一和用户二均作为发送端发送信息，同时作为信宿，通过选定的智能反射单元接收对方发送的信息。
进一步地，用户一和用户二两个用户同时向选定的智能反射单元发射信号，在信号到达该智能反射单元上时进行相应的反射，反射后的信号到达对方用户，进而解码出所需要的信息。
进一步地，包括以下步骤，
S1、探测各智能反射单元的信道状态信息；
S2、根据得到的信道状态信息，以及全双工工作机制，计算每个智能反射单元单独工作时对应的双向传输中断概率；
S3、根据步骤S2中所得各智能反射单元单独工作时对应的双向传输中断概率的计算结果，选择双向传输中断概率最小的智能反射单元进行传输，其他智能反射单元休眠；
S4、用户一和用户二两个用户同时发送信息给选定的智能反射单元，该智能反射单元将接收信号反射；
S5、用户一和用户二对接收到的信号解码。
进一步地，步骤S1中，信道状态信息包括用户一到达所有智能反射单元的无线信道系数、所有智能反射单元到用户一的无线信道系数、用户二到达所有智能反射单元的无线信道系数、所有智能反射单元到用户二的无线信道系数、用户一发射功率大小、用户二发射功率大小、用户一接收到的加性高斯白噪声的方差、用户二接收到的加性高斯白噪声的方差。
进一步地，步骤S2中，计算每个智能反射单元单独工作时对应的双向传输中断概率，具体为，
其中，Pr表示相应的概率值大小，r1,k表示用户一发送信息通过第k个智能反射单元传输给用户二的瞬时无线传输速率：其中p1是用户一的发射功率，h1,k是用户一到第k个智能反射表面的无线信道系数，g1,k是第k个智能反射单元到用户二的无线信道系数，是用户二接收到的加性高斯白噪声的方差；r2,k表示用户二发射信息通过智能反射单元到达用户一的瞬时无线传输速率：其中，p2是用户二的发射功率，h2,k是用户二到第k个智能反射单元的无线信道系数，g2,k是第k个智能反射单元到用户一的无线信道系数，是用户一接收到的加性高斯白噪声的方差，C1是用户二的接收机要求的最低无线通信速率最小门限值，C2是用户一的接收机要求的最低无线通信速率最小门限值。
进一步地，该双向智能反射单元选择方法应用于双向传输的任意无线信道的物联网系统。
进一步地，物联网系统包括用户一、多个智能反射单元、双向选择器和用户二，双向选择器确定选定的智能反射单元，用户一通过该智能反射单元实现与用户二的双向通信。
进一步地，双向选择器包括通信模块、控制模块、存储模块和双向传输中断概率计算模块；
通信模块：用于智能反射表面获取用户一到智能反射单元的无线信道系数、智能反射单元到用户一的无线信道系数、用户二到智能反射单元的信道系数、智能反射单元到用户二的信道系数、用户一接收机要求的最低无线通信速率最小门限值、用户二接收机要求的最低无线通信速率最小门限值、用户一发射功率、用户二发射功率、用户一接收到的加性高斯白噪声的方差、用户二接收到的加性高斯白噪声的方差；
控制模块：根据双向传输中断概率计算模块完成的所有K个双向传输中断概率数值构成一个双向传输中断概率数值集合，将双向传输中断概率最小的智能反射单元作为选定的智能反射单元；
存储模块：存储所有智能反射单元从通信模块获取到的所有参数，保存来自双向传输中断概率计算模块的每个双向传输中断概率数值大小，K个智能反射单元对应K个双向传输中断概率数值；
双向传输中断概率计算模块：根据存储模块中的所有参数，计算每个智能反射单元对应的双向传输中断概率公式的数值大小。
本发明的有益效果是：该种双向智能反射单元选择方法，对比现有的智能反射单元选择方法，通过选择双向传输中断概率最小的智能反射单元进行双向信息传输，显著提升了物联网的无线通信性能，也增强了物联网系统的无线通信质量。该方法，能够适应任意数量的智能反射单元场景，适用于双向传输的任意无线信道的物联网通信网络。
附图说明
图1是本发明实施例双向智能反射单元选择方法的流程示意图。
图2是实施例中物联网系统的说明示意图。
图3是实施例中双向选择器的说明示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
如图1，一种双向智能反射单元选择方法，包括：用户一和用户二工作在同一频段，用户一和用户二收发均同时进行，用户一通过多个智能反射单元中选定的智能反射单元协作完成与用户二通信，其中，将双向传输中断概率最小的智能反射单元作为选定的智能反射单元；用户一和用户二均作为发送端发送信息，同时作为信宿，通过选定的智能反射单元接收对方发送的信息。
该种双向智能反射单元选择方法，通过选择双向传输中断概率最小的智能反射单元进行双向信息传输，显著提升了物联网的无线通信性能，也增强了物联网系统的无线通信质量。该方法，能够适应任意数量的智能反射单元场景，适用于双向传输的任意无线信道的物联网通信网络。
用户一和用户二两个用户同时向选定的智能反射单元发射信号，在信号到达该智能反射单元上时进行相应的反射，反射后的信号到达对方用户，进而解码出所需要的信息。
包括以下步骤，
S1、探测各智能反射单元的信道状态信息；步骤S1中，信道状态信息包括用户一到达所有智能反射单元的无线信道系数、所有智能反射单元到用户一的无线信道系数、用户二到达所有智能反射单元的无线信道系数、所有智能反射单元到用户二的无线信道系数、用户一发射功率大小、用户二发射功率大小、用户一接收到的加性高斯白噪声的方差、用户二接收到的加性高斯白噪声的方差。
S2、根据得到的信道状态信息，以及全双工工作机制，计算每个智能反射单元单独工作时对应的双向传输中断概率；步骤S2中，计算每个智能反射单元单独工作时对应的双向传输中断概率，具体为，
其中，Pr表示相应的概率值大小，r1,k表示用户一发送信息通过第k个智能反射单元传输给用户二的瞬时无线传输速率：其中p1是用户一的发射功率，h1,k是用户一到第k个智能反射表面的无线信道系数，g1,k是第k个智能反射单元到用户二的无线信道系数，是用户二接收到的加性高斯白噪声的方差；r2,k表示用户二发射信息通过智能反射单元到达用户一的瞬时无线传输速率：其中，p2是用户二的发射功率，h2,k是用户二到第k个智能反射单元的无线信道系数，g2,k是第k个智能反射单元到用户一的无线信道系数，是用户一接收到的加性高斯白噪声的方差，C1是用户二的接收机要求的最低无线通信速率最小门限值，C2是用户一的接收机要求的最低无线通信速率最小门限值。
S3、根据步骤S2中所得各智能反射单元单独工作时对应的双向传输中断概率的计算结果，选择双向传输中断概率最小的智能反射单元进行传输，其他智能反射单元休眠；
S4、用户一和用户二两个用户同时发送信息给选定的智能反射单元，该智能反射单元将接收信号反射；
S5、用户一和用户二对接收到的信号解码。
该双向智能反射单元选择方法应用于双向传输的任意无线信道的物联网系统。如图2，物联网系统包括用户一、多个智能反射单元、双向选择器和用户二，双向选择器确定选定的智能反射单元，用户一通过该智能反射单元实现与用户二的双向通信。
如图3，双向选择器包括通信模块、控制模块、存储模块和双向传输中断概率计算模块。
通信模块：用于智能反射表面获取用户一到智能反射单元的无线信道系数、智能反射单元到用户一的无线信道系数、用户二到智能反射单元的信道系数、智能反射单元到用户二的信道系数、用户一接收机要求的最低无线通信速率最小门限值、用户二接收机要求的最低无线通信速率最小门限值、用户一发射功率、用户二发射功率、用户一接收到的加性高斯白噪声的方差、用户二接收到的加性高斯白噪声的方差；
控制模块：根据双向传输中断概率计算模块完成的所有K个双向传输中断概率数值构成一个双向传输中断概率数值集合，将双向传输中断概率最小的智能反射单元作为选定的智能反射单元；
存储模块：存储所有智能反射单元从通信模块获取到的所有参数，保存来自双向传输中断概率计算模块的每个双向传输中断概率数值大小，K个智能反射单元对应K个双向传输中断概率数值；
双向传输中断概率计算模块：根据存储模块中的所有参数，计算每个智能反射单元对应的双向传输中断概率公式的数值大小。
该种双向智能反射单元选择方法，与现有技术相比，实施例方法能够解决双向无线通信场景的智能反射单元选择的问题，实现最优设计。现有技术中方法只能解决单向无线通信场景的相应选择问题，但是在双向无线通信场景中现有方法不能工作，其原因在于双向传输无法把两个方向的无线通信分开，只有同时考虑两个方向的无线信道而不是简单考虑一个方向的信道情况，才能设计出适用于双向传输的智能反射单元选择的最优方法，现有方法在设计过程中只有考虑了一个方向的信息传输，或者从用户一到用户二的方向，或者从用户二到用户一的方向，但是没有考虑两个方向同时传输信息的情况，即用户一发射信息给用户，同时用户二发送信息到用户一，那么在双向场景下现有方法无法工作。实施例的该种双向智能反射单元选择方法，同时考虑了双向的无线通信，涉及到4个无线信道系数，从而保证了设计出的方法是性能最优的。
该种双向智能反射单元选择方法，能够适应任意数量的智能反射单元场景，适用于双向传输的任意无线信道的物联网通信网络。网络在工作过程中，信宿具备若干双向智能反射单元用来选择使用，信宿从众多双向智能反射单元集合中选择一个最好的双向智能反射单元执行双向反射任务，信宿关闭剩余所有智能反射单元。利用实施例方法，显著提升了物联网的无线通信性能，也增强了物联网系统的无线通信质量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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