[發明專利]一種基于可重構智能面的毫米波移動邊緣計算系統中計算效率優化方法

有效

• 申請號: 202110334444.9
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113163497B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 蔡嘉麗;虞湘賓;黃旭;黨小宇;潘翠敏;黎寧
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04W72/53
• 分類號: H04W72/53;H04W72/542
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種基于可重構智能面的毫米波移動邊緣計算系統中計算效率優化方法，采用部分卸載模式，基于最大?最小公平性準則，建立計算效率優化模型，對基站的混合波束成形、可重構智能面的被動波束成形、每個用戶的發射功率和本地中央處理器頻率進行聯合優化，并給出了一種基于懲罰的非精確塊坐標下降的計算效率優化算法來獲得上述聯合優化方法；本發明所給出的聯合優化方法是有效的。

技術領域：

本發明屬于移動通信領域，涉及移動通信系統的資源分配方法，尤其是涉及一種基于可重構智能面的毫米波移動邊緣計算系統中計算效率優化方法。

背景技術：

如今，移動通信技術和物聯網技術發展迅速，移動設備數量呈現爆發式增長，如何調配有限的資源來容納大量部署的移動設備是一個亟待解決的任務，并且各種新興的多媒體業務對數據處理的實時性、安全性，以及傳輸速度也提出了一定的要求，為了滿足用戶服務質量，MEC技術被認為是未來通信領域中一項極具潛力的新興技術，其主要特點是將移動計算、網絡控制和存儲推送至網絡邊緣，以便在資源受限的移動設備上實現計算密集型和延遲關鍵型應用。由于MEC服務器可以部署在用戶設備附近，因此可以大幅降低移動設備的任務執行延遲和能量消耗，滿足諸如增強/混合現實等需要大量計算的應用的計算服務要求。

移動通信技術從初始的第一代移動通信變遷至當今成熟的第四代移動通信，使用的通信頻段主要聚集在300MHz到3GHz，然而有限的頻譜資源難以滿足日益增長的無線數據流量需求。為了提高通信容量，開發利用新的頻譜資源是最有效的解決方法之一，相比傳統移動通信，mmWave通信頻段范圍為30-300GHz，由于其豐富的頻譜資源而成為一種引人矚目的技術。

另一方面，盡管一些關鍵技術，如超密集網絡、大規模多輸入多輸出通信等，可能在第五代移動通信中實現千倍級的網絡容量增長以及為巨量移動設備提供無處不在的無線連接的目標，但隨之而來的系統實現的高復雜性、高硬件成本和高能耗仍然是尚未解決的關鍵問題。因此，近年來提出的RIS就是改善上述問題的一種創新、高頻譜效率和能量效率性能且經濟高效的方法，RIS是由大量具有特殊物理結構的無源反射元件組成的智能表面，可通過軟件定義方式控制每個反射元件接收的入射信號的相移等電磁特性，實現調節入射信號的反射相位和角度以產生期望的效果。然而，現有的對于MEC、mmWave以及RIS技術結合研究不多，特別是幾乎沒有針對mmWave-MEC系統的計算效率資源分配方法，基于以上討論，本發明研究了一種基于可重構智能面的毫米波移動邊緣計算系統中計算效率優化方法。

發明內容：

針對基于RIS的毫米波移動邊緣計算系統，為了提高該系統的計算效率以及保證用戶的公平性，本發明基于最大-最小公平性原則，最大化所有用戶的計算效率的最小值，對基站的混合波束成形、RIS的被動波束成形、每個用戶的發射功率和本地CPU頻率進行聯合優化，并給出了一種基于懲罰的非精確塊坐標下降的計算效率優化算法來獲得上述聯合優化方法，能以多項式時間復雜度獲得較好的計算效率優化方案。

本發明所采用的技術方案有：一種基于可重構智能面的毫米波移動邊緣計算系統中計算效率優化方法，包括以下步驟：

步驟S1：建立基于可重構智能面的毫米波移動邊緣計算系統，該系統由K個單天線用戶、一個RIS和一個與高性能MEC服務器相連的毫米波基站組成，基站采用全連接式混合波束成形構架，配有N根天線、N_RF條射頻鏈路、N個功率放大器和NN_RF個移相器，且每根天線通過一個功率放大器和N_RF個移相器連接到所有射頻鏈路上，基站的混合波束成形由數字波束成形矩陣和數字波束成形矩陣組成，其中N_S表示數據流的數量，定義集合和A滿足恒模約束，即

步驟S2：假設基站能夠完全獲取用戶到RIS以及RIS到基站之間的信道狀態信息，定義集合記第k個用戶為與RIS、RIS與基站之間的信道建模為毫米波信道，考慮采用部分卸載模式，所有用戶借助RIS同時向基站發送各自計算任務的數據信號，基站處經混合波束成形處理后的檢測信號為：