CN109547183A - 一种全双工环境反向散射通信系统、传输方法及资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信技术领域，涉及一种全双工环境反向散射通信系统、传输方法及资源分配方法。本发明的系统，全双工型接入点配置一根或者多根天线，包括信道估计和全双工反向散射通信两种模式。在信道估计模式下，接入点发送下行导频信号，多个反向散射设备按时分复用的方式、并以各自固定的反向散射系数进行反向散射，接入点估计各个反向散射设备的信道；传统用户利用接收的导频信号来估计其下行信道。在全双工通信模式下，接入点发送下行数据信号，传统用户利用估计的下行信道进行信号接收检测，反向散射设备根据信息比特选择反向散射系数进行反向散射，接入点检测反向散射设备的信号。本发明可用于多种低功耗物联网通信场景，具有较高的实用性。

Description

一种全双工环境反向散射通信系统、传输方法及资源分配 方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种适用于绿色物联网应用的全双工环境反向散射通信系统、传输方法及资源分配方法。

背景技术

物联网是5G和未来移动通信系统的重要应用场景，各种物联网设备通常在能源、成本和复杂度等方面有严格要求。传统的反向散射通信系统，如射频识别(RFID)系统，是通过阅读器(Reader)产生并发送射频正弦载波给附近的反向散射设备(Tag)提供能量并承载反向散射设备信息回传给阅读器。反向散射设备电路通常比较简单且是无源的，因此其处理能力有限。RFID阅读器发送正弦载波给反向散射设备，反向散射设备接收到的信号一部分用于能量收集来满足反向散射设备电路的正常工作，另一部分用于反向散射，以把反向散射设备的信息传输给阅读器。由于阅读器需要生成专用的射频正弦载波，这种传统的反向散射通信系统需要消耗较高的能量，且能效较低。

环境反向散射通信系统使得反向散射设备能够在周围环境中的射频载波上调制其信息符号，而无需使用复杂且耗电的专用射频载波发射器。现有环境反向散射通信系统中，反向散射接收机由于受到来自环境射频信号源的强之间链路干扰，通信速率低且距离非常受限。

由于现有的无线通信系统，如4G蜂窝系统、无线局域网、数字视频广播等，广泛使用正交频分复用(OFDM)技术作为下行传输技术，本发明仅涉及利用环境中的OFDM射频信号作为载波来实现环境反向散射通信。

发明内容

本发明的主要内容是提出一种全双工环境反向散射通信系统、传输方法及资源分配优化方法，来解决反向散射通信系统能耗高和速率低的问题。

本发明采用的技术方案为：

全双工环境反向散射通信系统，包括一个全双工型接入点，一个或多个传统用户和多个反向散射设备；其中，

所述接入点配置一根或者多根天线用于信号的发送和接收，接入点包括信道估计和全双工反向散射通信两种模式：

在信道估计模式下，接入点发送下行导频信号，反向散射设备以固定反向散射系数进行反向散射，接入点再估计反向散射设备的信道；同时，传统用户利用接收的导频信号来估计其下行信道；

在全双工反向散射通信模式下，接入点发送下行数据信号，传统用户利用估计的下行信道进行接收信号检测，反向散射设备根据信息比特选择不同的反向散射系数进行反向散射，接入点进行自干扰消除并检测反向散射设备的信号。

具体的，所述接入点具备利用两根天线在同一时间同一频率分别进行信息发送和接收的能力，或用一根天线和收发通道隔离器件实现在同一时间同一频率进行信息发送和接收的能力。

进一步的，所述反向散射设备通过可控的切换负载阻抗来调制其接收到的环境OFDM载波，以改变其反向散射信号的幅度和/或相位。

全双工环境反向散射通信的传输方法，包括以下步骤：

S11.接入点发送OFDM导频信号；

S12.反向散射设备对接收导频信号进行反向散射，传统用户接收导频信号并估计其信道；

S13.接入点接收反向散射的导频信号，进行自干扰消除并估计多个设备的反向散射信道；

S14.接入点发送数据信号；

S15.反向散射设备同时进行反向散射和射频能量收集，传统用户进行信号接收检测；

S16.接入点接收反向散射的数据信号，进行自干扰消除并检测反向散射设备的信号。

进一步的，所述步骤S11中的OFDM导频符号可以是任何已知的符号，包括但不限于Zadoff-Chu序列、PN序列、以及其他具有较低峰均功率比的符号序列：

所述步骤S12中反向散射设备的功率反射系数被配置为接入点已知的固定常数，传统用户估计其与接入点之间的信道，估计方法包括但不限于最小二乘(Least Square，LS)、最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)等现有方法；前述功率反射系数取值为0到1 范围之内的非负实数，其定义为反向散射系数(该系数由天线阻抗和负载阻抗决定，是绝对值不超过1的复数)的绝对值的平方；

所述步骤S13中反向散射设备利用现有数字域和(或)模拟抵域消技术来重构该自干扰信号并从接收的导频信号中消除，然后利用LS、MMSE等方法估计各个设备的反向散射信道；本发明中，多个设备以时分复用(Time Division Multiple Access,TDMA)的方式进行反射，接入点逐个估计各个设备的反向散射信道。

所述步骤S14中，接入点发送数据信号给传统用户，各个子载波的功率分配采用本发明提出的优化机制(后文有详细阐述)；

所述步骤S15中，传统用户进行信号接收检测,反向散射设备按照优化的功率反射系数 (后文有详细阐述)对部分入射功率进行反向散射，并从余下的射频信号中收集能量；

所述步骤S16中，反向散射设备在数字域和(或)模拟域重构该自干扰信号并将其从接收信号中消除，然后利用估计的反向散射信道对设备信号进行检测；本发明中，多个设备以TDMA 的方式进行反射，接入点逐个接收检测各个设备的数据信号。

用于全双工环境反向散射通信系统的资源优化方法，设定优化目标为：在最大化最小的公平性原则下，以最大化所有反向散射设备中的最小吞吐量为目标，优化多个反向散射设备的反向散射时间τ，多个反向散射设备的功率反射系数α和接入点的子载波功率分配P，m是指第m个反向散射设备，M是反向散射设备总的数量；建立优化问题为：

其中，系统相关的信道描述为：f_m,l表示全双工接入点到第m个反向散射设备的第l(0≤l≤L_f-1)路前向链路信道响应，g_m,l表示第m个反向散射设备到全双工接入点的第 l(0≤l≤L_g-1)路反射链路信道响应，h_l表示全双工接入点到传统用户的第l(0≤l≤L_h- 1)路直射链路信道响应，v_m,l表示第m个反向散射设备到传统用户的第l(0≤l≤L_v-1)路干扰链路信道响应。N为发送的OFDM信号的子载波数，N≥1，对于每个信道，定义第k个子载波的频率响应为以及σ²是高斯白噪声方差，P_m,k是第m个时隙中第k个子载波上的分配功率，其中k＝0,…,N-1，η为反向散射设备的能量收集效率，E_min,m为第m个反向散射设备在一帧时间内的最小能量需求，为平均功率约束，P_peak为峰值功率约束；

具体优化过程为：

步骤S21：初始化Q^{0},Q^{1}，∈(即迭代算法终止的判决门限值(很小的正数))，τ^{0},α^{0},P^{0}，令j＝0；

步骤S22：判断|Q^{j+1}-Q^{j}|>∈是否满足，如果满足，进入步骤S27，否则进入步骤3；

步骤S23：对于给定的α^{j},P^{j}，求解：

s.t.公式(10b)(10c)(10d)(10e)(10f)(10h) (公式11b)

在约束条件中，变量P_m,k和α_m分别被和所代替，得到优化后的τ^{j+1}；

步骤S24：对于给定的τ^{j+1},P^{j}，求解：

s.t.公式(10b)(10c)(10d)(10i) (公式12b)

在约束条件中，变量P_m,k和τ_m被分别替换为给定的和得到优化后的α^{j+1}；

步骤S25：对于给定的τ^{j+1},α^{j+1}，求解：

(10b)(10d)(10e)(10g) (公式16c)

在约束条件中，变量α_m和τ_m被分别替换为给定的和得到优化后的P^{j+1}；

步骤S26：令j＝j+1

步骤S27：返回最优方案τ^*{j}，α^*{j},P^*{j}，以及目标值Q^*{j}(τ^*{j}，α^*{j},P^*{j})。

本发明的有益效果为：接入点仅需在传统接入点中增加自干扰消除模块及反向散射信号检测模块，无需更改现有无线通信系统的构架和协议，因而易于实现，具有较高的实用性。通过仿真验证，相比于资源均等分配的全双工型传输方法和资源最优分配的传统半双工型传输方法，本发明所提出的资源优化分配的全双工型传输方法在不增加接入点发送能耗、不增加反向散射设备复杂度、且保证传统用户吞吐量需求的条件下，能够极大地提高反向散射设备的吞吐量性能，解决反向散射通信系统速率低的瓶颈问题。

附图说明

图1：全双工型环境反向散射通信系统的示意图；

图2：全双工接入点的模块框图；

图3：反向散射设备的模块框图；

图4：基于TDMA的环境反向散射通信系统的传输帧结构图；

图5：资源优化总体算法流程图；

图6：发射系统最优的最大最小吞吐量与传统用户吞吐量需求的关系图；

图7：发射系统最优的最大最小吞吐量与信噪比的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和仿真示例对本发明进行详细描述，以便本领域的技术人员能够更好地理解本发明。

首先，如图1所示，本发明提出一种全双工型环境反向散射通信系统，包括一个全双工型接入点，一个或多个传统用户和M(M≥1)个反向散射设备；所述全双工型接入点配置有一根或多根天线，用于在同一时间同一频率进行信息发送和接收。

如图2所示，所述全双工型接入点包括以下模块：

主控模块：用于控制接入点、传统用户、以及反向散射设备的通信过程、信号编解码、信号检测、数据存储等；

基带发送模块：生成下行发送OFDM信号，包括信源/信道编码、星座映射、OFDM调制、数模转换、以及成形滤波等单元；

射频发送前端模块：对应于每根发送天线配备的射频前端，包括上变频和功放等单元；

发送天线模块：用于通过辐射电磁场来向传统用户和反向散射设备发送信号；

接收天线模块：将接收的电磁信号转化为电流信号；

自干扰重构模块：通过射频模拟域和(或)基带数字域处理，重构发送信号带来的自干扰；

射频接收前端模块：对应于每根接收天线的射频前端，包括下变频、低噪放大、射频自干扰消除等单元；

基带接收模块：解调上行接收信号，包括模数转换、基带自干扰消除、OFDM信号解调、反向散射信号解调、信源/信道译码、星座逆映射等单元；

存储单元模块，用于存储控制指令信息、从反向散射设备接收的信息等各种信息；

电源及时钟模块：用于给接入点各模块提供电能和时钟。

其中，所述接入点可使用两根天线在同一时间同一频率分别进行信息发送和接收，也可使用一根天线和循环器等收发通道隔离器件实现在同一时间同一频率进行信息发送和接收。

如图3所示，所述的每个反向散射设备包括：

反向散射天线模块：用于接收和反射环境OFDM信号；

反向散射调制模块：根据信息符号改变天线的负载阻抗，实现反向散射调制；

微控制器模块：用于控制反向散射设备的通信过程；

信号处理器模块：用于反向散射设备进行基本的信号处理，比如控制信号的解码等；

射频能量收集器和电池模块：用于从环境OFDM信号中收集能量并为电池充电，实现对所有模块供电；

其他模块，包括存储、感测、时钟等单元。

反向散射设备通过故意切换负载阻抗来调制其接收到的环境OFDM载波，以改变其反向散射信号的幅度和/或相位，并且反向散射信号被全双工接入点接收并最终解码。

此外，本发明还提出一种全双工环境反向散射通信的传输方法，包括以下步骤：

S11.接入点发送OFDM导频信号；

S12.反向散射设备对接收导频信号进行反向散射，传统用户接收导频信号并估计其信道；

S13.接入点接收反向散射的导频信号，进行自干扰消除并估计多个设备的反向散射信道；

S14.接入点发送数据信号；

S15.反向散射设备同时进行反向散射和射频能量收集，传统用户进行信号接收检测；

S16.接入点接收反向散射的数据信号，进行自干扰消除并检测反向散射设备的信号。

进一步的，所述步骤S11中的OFDM导频符号可以是任何已知的符号，包括但不限于Zadoff-Chu序列、PN序列、以及其他具有较低峰均功率比的符号序列：

所述步骤S12中反向散射设备的功率反射系数被配置为接入点已知的固定常数，传统用户估计其与接入点之间的信道，估计方法包括但不限于最小二乘(Least Square，LS)、最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)等现有方法；前述功率反射系数取值为0到1 范围之内的非负实数，其定义为反向散射系数(该系数由天线阻抗和负载阻抗决定，是绝对值不超过1的复数)的绝对值的平方；

所述步骤S13中反向散射设备利用现有数字域和(或)模拟抵域消技术来重构该自干扰信号并从接收的导频信号中消除，然后利用LS、MMSE等方法估计各个设备的反向散射信道；本发明中，多个设备以时分复用(Time Division Multiple Access,TDMA)的方式进行反射，接入点逐个估计各个设备的反向散射信道。

所述步骤S14中，接入点发送数据信号给传统用户，各个子载波的功率分配采用本发明提出的优化机制(后文有详细阐述)；

所述步骤S15中，传统用户进行信号接收检测,反向散射设备按照优化的功率反射系数(后文有详细阐述)对部分入射功率进行反向散射，并从余下的射频信号中收集能量；

所述步骤S16中，反向散射设备在数字域和(或)模拟域重构该自干扰信号并将其从接收信号中消除，然后利用估计的反向散射信道对设备信号进行检测；本发明中，多个设备以TDMA 的方式进行反射，接入点逐个接收检测各个设备的数据信号。

下面，详细介绍在数据发送阶段的信号处理流程，进而提出系统资源优化方法。

系统相关的信道描述为：f_m,l表示全双工接入点到第m个反向散射设备的第l(0≤l≤ L_f-1)路前向链路信道响应，g_m,l表示第m个反向散射设备到全双工接入点的第l(0≤l≤L_g-1)路反射链路信道响应，h_l表示全双工接入点到传统用户的第l(0≤l≤L_h-1)路直射链路信道响应，v_m,l表示第m个反向散射设备到传统用户的第l(0≤l≤l_v-1)路干扰链路信道响应。设N(N≥1)为发送的OFDM信号的子载波数。对于每个信道，定义第k个子载波的频率响应为以及其中k＝0,…,N-1。

图4示出了基于TDMA的环境反向散射通信系统的帧结构图，在由M个时隙组成的每个持续时间为T秒的帧中，全双工接入点同时向传统用户发送下行OFDM信号，并接收从多个反向散射设备以时分多址(TDMA)方式发送来的上行信号。第m个持续时间为τ_mT (0≤τ_m≤1)的时隙被分配给第m个反向散射设备。反向散射时间分配向量记为τ＝ [τ₁τ₂…τ_M]^T。在第m个时隙中，第m个反向散射设备反射部分入射信号，以将信息传输到全双工接入点，并从剩余的入射信号中获取能量，所有其他反向散射设备只从它们自身收到的OFDM信号中收集能量。

全双工接入点第n个OFDM符号周期中第m个时隙的第k个子载波信息符号记为S_m,k(n)。在全双工接入点处进行离散傅里叶逆变换之后，在每个OFDM符号的开始处添加长度为N_cp的循环前缀。每个OFDM符号周期中传输的时域信号为：

其中，时间t＝0,1,…,N-1，P_m,k是第m个时隙中第k个子载波上的分配功率。所有子载波的功率分配满足平均功率约束，即其中是所有时隙中的总发射功率。子载波功率分配矩阵记为P＝[p₁ p₂ ... p_M]，其中p_m＝[P_m,0,…,P_m,N-1]是第m个时隙中的子载波功率分配向量。

在第m个时隙中，第m个反向散射设备的入射信号为其中是卷积运算符。功率反射系数向量记为α＝[α₁ α₂ ... α_m]^T，其中α_m(0≤α_m≤1)为第m个反向散射设备的功率反射系数。第m个反向散射设备的能量收集效率记为η_m(0≤η_m≤1)。第m个反向散射设备在一帧时间内收集的总能量为：

第m个反向散射设备的信息符号记为X_m(n)。本发明中，符号X_m(n)的持续时间与接入点发送的下行OFDM符号的周期相同。每个反向散射设备可以通过信号处理器实现将其自身符号X_m(n)的开始发送时刻与其接收到OFDM符号的到达时刻对齐。在第m个时隙中，来自第m个反向散射设备的反向散射信号记为

全双工接入点已知其发射的下行信号s_m,t，可以利用现有数字域或模拟域技术来重构该自干扰信号并将其从接收信号中消除。本发明假设全双工接入点可实现完美自干扰消除(Successive Interfereence Cancellation,SIC)。在执行SIC之后，全双工接入点接收到来自第 m个反向散射设备的信号为：

其中,w_m,t(n)～CN(0,σ²)是加性高斯白噪声(AWGN),CN(0,σ²)表示均值为0方差为σ²的复高斯分布。

在全双工接入点去除循环前缀并进行离散傅立叶变换之后，接收到的频域信号为：

其中，频域噪声W_m,k(n)～CN(0,σ²)。

通过最大比合并(Maximum Ratio Combination,MRC)，全双工接入点恢复得到的反向散射设备符号为：

相应的解码信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)为：

相对于帧周期T，第m个反向散射设备的归一化吞吐量为：

同时，类似于公式4，传统用户接收到的频域信号为：

其中,频域噪声

与公式7类似，将反向散射链路信号视为干扰，传统用户的总吞吐量由下式给出：

进一步的，在所述步骤S15中，本发明还提供一种联合资源分配优化方案。在最大化最小的公平性原则下，以最大化所有反向散射设备中的最小吞吐量为目标，联合优化三个变量块，包括多个反向散射设备的反向散射时间τ、功率反射系数α、以及接入点的子载波功率分配P。具体优化问题如下：

由于以上问题10中的变量相互耦合，且公式10c中的约束函数关于P_m,k是非凸的，上述问题10是非凸的，通常来讲难以求解。

进一步的，本发明提出一种基于块坐标降落(Block Cordinate Decent,BCD)和连续凸优化(Successive Convex Optimization,SCO)技术的高效迭代算法来求解问题10，得到所述步骤S13中资源联合优化方案。

更具体的，在第j(j≥0)次迭代中，对于给定的功率反射系数α^{j}和子载波功率分配P^{j}，反向散射时间τ可通过求解以下问题来优化：

s.t.(10b)(10c)(10d)(10e)(10f)(10h) (公式11b)

其中，在约束条件中，变量P_m,k和α_m分别被和所代替。问题11是标准的线性规划 (Linear Programming,LP)，可通过标准的优化工具(如单纯形法)有效地解决。

对于给定的反向散射时间部分τ^{j}和子载波功率分配P^{j}，功率反射系数α可以通过解决以下问题进行优化：

s.t.(10b)(10c)(10d)(10i) (公式12b)

其中，变量P_m,k和τ_m被分别替换为给定的和由于约束公式10c是凸的。因此，问题 12是一个凸优化问题，也可以通过标准的凸优化工具(如CVX)有效解决。

同理，对于给定的反向散射时间部分τ^{j}和功率反射系数α^{j}，通过解决以下问题可以优化子载波功率分配P：

(10b)(10d)(10e)(10g) (公式13c)

其中,变量α_m和τ_m被分别替换为给定的和因为公式13b中的对于P_m,k是非凸的，所以问题13是非凸的。注意到可以被写为：

为了处理非凸约束公式13b，我们利用连续凸优化(SCO)技术来逼近公式14中的第二个对数函数。任何凸函数均可用任何点上的一阶泰勒展开作为下界。具体地，上次迭代得出的子载波功率分配记为则通过在局部点上展开得到如下凸下界：

对于公式15中的给定局部点P^{j}和下界通过引入下界最小吞吐量问题13近似为以下问题：

(10b)(10d)(10e)(10g) (公式16c)

其中，变量α_m和τ_m同样被分别替换为给定的和问题16是一个凸优化问题，也可以通过现有标准优化工具(如CVX)有效解决。注意到16b中采用的下界意味着问题16的可行集合是问题13的子集。因此，从问题16得到的最优目标值一定是问题13的下限。

本发明通过应用BCD技术提出了一个针对问题10的迭代求解算法。具体而言，原问题 10中的全部变量被划分为三个块，即τ，α和P，它们通过在每次迭代中分别解决问题11、问题12和问题16而被交替优化，同时保持另外两个变量块是固定的。此外，每次迭代中获得的解作为下一次迭代的输入。迭代算法终止的判决门限值(很小的正数)记为∈。如图5所示，本发明所提出的资源优化算法包括以下步骤：

步骤S21：初始化Q^{0},Q^{1}，∈，τ^{0},α^{0},P^{0}，令j＝0。

步骤S22：判断|Q^{j+1}-Q^{j}|>∈是否满足，如果满足，进入步骤xx，否则进入步骤3；

步骤S23：对于给定的α^{j},P^{j}，求解问题11并得到优化后的τ^{j+1}。

步骤S24：对于给定的τ^{j+1},P^{j}，求解问题12并得到优化后的α^{j+1}。

步骤S25：对于给定的τ^{j+1},α^{j+1}，求解问题16并得到优化后的P^{j+1}。

步骤6：令j＝j+1

步骤7：返回最优方案τ^*{j}，α^*{j},P^*{j}，以及目标值Q^*{j}(τ^*{j}，α^*{j},P^*{j})。

因为在每次迭代中只需要解决三个凸优化问题，算法复杂度较低。因此，上述算法在具有中等数量的反向散射设备和传统用户的全双工环境反向散射通信系统中可以快速收敛。

下面通过仿真实验来验证本发明的有益效果。考虑一个具有两个反向散射设备(M＝2) 的全双工环境反向散射通信系统。假设全双工接入点到两个反向散射设备距离分别为2.5米和4米，全双工接入点和两个反向散射设备到传统用户距离都是15米。假设信道为独立的瑞利衰落信道。对于每个信道链路，其第一路径信道功率增益假定为10^-3d^-2，其中d是以米为单位的距离。令路径数L_f＝L_g＝4，L_h＝8，L_v＝6。其他参数设置为N＝64，η＝0.5，∈＝10^-4。将全双工接入点处的平均接收信噪比定义为令E_min,1＝E_min,2＝E_min。为进行性能比较，考虑两种基准方案，即全双工型资源均等分配方案和半双工型资源最优分配方案。针对全双工型资源均等分配方案，反向散射时间和子载波功率被等同分配，即并且所有反向散射设备采用相同的功率反射系数(该系数通过一维搜索优化得到)。针对半双工型资源最优分配方案，半双工型接入点在第一个时隙向传统用户发送专门的OFDM信号，所有反向散射设备仅收集能量；在之后连续的M个时隙中发送专门的OFDM信号给单个反向散射设备，各个设备以TDMA方式进行传输。基于100个随机信道实现获得图6与图7中的结果。

图6示出了不同信噪比的情况下，优化得到的最大最小吞吐量随传统用户吞吐量需求D 之间的变化关系。固定P_peak＝20P_ave和E_min＝10微焦(μJ)。优化的最大最小吞吐量随着D增加而减小，这揭示了反向散射设备和传统用户之间的吞吐量最优折衷关系。与基准方案相比，通过使用所提出的联合优化设计，最大最小吞吐量性能得到显著提高。比如，当D＝2bps/Hz 且SNR＝20dB，以最大化最小吞吐量为性能指标，所提出的全双工型资源最优分配方案比全双工型资源均等分配方案的性能提高100％，比半双工型资源最优分配方案提高420％。

图7示出了在不同能量收集需求E_min情况下，优化得到的最大最小吞吐量随信噪比的变化关系。固定传统用户吞吐量需求为D＝1bps/Hz，峰值功率约束为P_peak＝20P_ave。首先，与两种基准方案相比，所提出的联合设计可实现明显的吞吐量性能增益。对于信噪比为20dB 和能量需求E_min为5微焦的情况，所提出的方案比半双工型资源最优分配方案的最大最小吞吐量性能提升70％。同时，给定P_peak值，当能量收集需求E_min较小时，系统能获得更高的最大最小吞吐量，这揭示了反向散射设备获得的吞吐量与能量的折衷关系。

Claims (7)

1.全双工环境反向散射通信系统，其特征在于，包括一个全双工型接入点，一个或多个传统用户和多个反向散射设备；其中，

所述接入点配置一根或者多根天线用于信号的同时发送和接收，接入点包括信道估计和全双工反向散射通信两种模式：

在信道估计模式下，接入点发送下行导频信号，多个反向散射设备按时分复用的方式、并以各自固定的反向散射系数进行反向散射，接入点进行自干扰消除并估计各个反向散射设备的信道；同时，传统用户利用接收的导频信号来估计其下行信道；

在全双工反向散射通信模式下，接入点发送下行数据信号，传统用户利用估计的下行信道进行信号接收检测，反向散射设备根据信息比特选择不同的反向散射系数进行反向散射，接入点进行自干扰消除并检测反向散射设备的信号。

2.根据权利要求1所述的全双工环境反向散射通信系统，其特征在于，所述接入点具备利用两根天线在同一时间同一频率分别进行信息发送和接收的能力，或用一根天线和收发通道隔离器件实现在同一时间同一频率进行信息发送和接收的能力。

3.根据权利要求1或2所述的全双工环境反向散射通信系统，其特征在于，所述反向散射设备通过可控的切换负载阻抗来调制其接收到的环境OFDM载波，以改变其反向散射信号的幅度和/或相位。

4.全双工环境反向散射通信的传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11.接入点发送OFDM导频信号；

S12.反向散射设备对接收导频信号进行反向散射，传统用户接收导频信号并估计其信道；

S13.接入点接收反向散射的导频信号，进行自干扰消除并估计多个设备的反向散射信道；

S14.接入点发送数据信号；

S15.反向散射设备同时进行反向散射和射频能量收集，传统用户进行信号接收检测；

S16.接入点接收反向散射的数据信号，进行自干扰消除并检测反向散射设备的信号。

5.根据权利要求4所述的全双工环境反向散射通信的传输方法，其特征在于，所述步骤S12中反向散射设备的功率反射系数配置为接入点已知的固定常数，传统用户估计其与接入点之间的信道，估计方法为最小二乘或最小均方误差。

6.所述根据权利要求4或5所述的全双工环境反向散射通信的传输方法，其特征在于，所述步骤S13中反向散射设备利用数字域或模拟域消除技术来重构该自干扰信号并从接收的导频信号中消除，然后利用最小二乘或最小均方误差估计各个反向散射设备的反向散射信道；其中，多个反向散射设备以时分复用(TDMA)的方式进行反射，接入点逐个估计各个反向散射设备的反向散射信道。

7.用于如权利要求1所述的全双工环境反向散射通信系统的资源优化方法，其特征在于，设定优化目标为：在最大化最小的公平性原则下，以最大化所有反向散射设备中的最小吞吐量为目标，优化多个反向散射设备的反向散射时间τ，多个反向散射设备的功率反射系数α和接入点的子载波功率分配P，m是指第m个反向散射设备，M是反向散射设备总的数量；建立优化问题为：

其中，系统相关的信道描述为：f_m,l表示全双工接入点到第m个反向散射设备的第l路前向链路信道响应，0≤l≤L_f-1，g_m,l表示第m个反向散射设备到全双工接入点的第l路反射链路信道响应，0≤l≤L_g-1，h_l表示全双工接入点到传统用户的第l)路直射链路信道响应，0≤l≤L_h-1，v_m,l表示第m个反向散射设备到传统用户的第l路干扰链路信道响应，0≤l≤l_v-1，N为发送的OFDM信号的子载波数，N≥1，对于每个信道，定义第k个子载波的频率响应为以及σ²是高斯白噪声方差，P_m,k是第m个时隙中第k个子载波上的分配功率，其中k＝0,…,N-1，η为反向散射设备的能量收集效率，E_min,m为第m个反向散射设备在一帧时间内的最小能量需求，为平均功率约束，P_peak为峰值功率约束；

具体优化过程为：

步骤S21：初始化Q^{0},Q^{1}，迭代终止判决门限值∈，τ^{0},α^{0},P^{0}，令j＝0；

步骤S22：判断|Q^{j+1}-Q^{j}|>∈是否满足，如果满足，进入步骤S27，否则进入步骤3；

步骤S23：对于给定的α^{j},P^{j}，求解：

s.t.公式(10b)(10c)(10d)(10e)(10f)(10h) (公式11b)

在约束条件中，变量P_m,k和α_m分别被和所代替，得到优化后的τ^{j+1}；

步骤S24：对于给定的τ^{j+1},P^{j}，求解：

s.t.公式(10b)(10c)(10d)(10i) (公式12b)

在约束条件中，变量P_m,k和τ_m被分别替换为给定的和得到优化后的α^{j+1}；

步骤S25：对于给定的τ^{j+1},α^{j+1}，求解：

(10b)(10d)(10e)(10g) (公式16c)

在约束条件中，变量α_m和τ_m被分别替换为给定的和得到优化后的P^{j+1}；

步骤S26：令j＝j+1

步骤S27：返回最优方案τ^*{j}，α^*{j},P^*{j}，以及目标值Q^*{j}(τ^*{j}，α^*{j},P^*{j})。