[發明專利]毫米波通信系統的能效最大化方法和系統

有效

• 申請號: 202110835037.6
• 申請日: 2021-07-23
• 公開（公告）號: CN113660051B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 顏娟娟;李民政;曹宇青
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04B7/06;H04W24/02
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

1.一種毫米波通信系統的能效最大化方法，其特征在于，包括以下步驟：

在毫米波通信系統中設置多個智能反射面，構建多輸入單輸出的毫米波通信系統模型；

獲取毫米波通信系統模型的多個模型參數，建立毫米波通信系統的能效最大化模型；

將毫米波通信系統的能效最大化模型解耦為相位優化、波束形成優化、智能反射面開關優化三個子問題；

對所述相位優化、波束形成優化、智能反射面開關優化三個子問題進行求解，獲取使得所述毫米波通信系統的能效最大化的收斂結果；

所述毫米波通信系統模型還包括一個基站、多個智能反射面控制開關以及多個用戶，其中，

任意智能反射面控制開關閉合，所述基站能夠通過智能反射面控制開關所控制的智能反射面將發送信號分別發送給多個用戶中的每個用戶；

所述獲取毫米波通信系統模型的多個模型參數，建立毫米波通信系統的能效最大化模型的步驟包括以下步驟：

確定單個用戶的信干噪比、多個用戶的和速率以及毫米波通信系統的功耗；

所述單個用戶的信干噪比為：

其中，n_k加性高斯白噪聲，n_k～CN(0,σ²)，智能反射面所施加的有效相移矩陣：θ_ln∈[0,2π]，x_l為智能反射面開關矢量，當x_l＝0時，第l個智能反射面不參與信號傳輸；當x_l＝1時，表明第l個智能反射面處于工作狀態，k表示多個用戶中的第k個用戶，l表示毫米波通信系統中多個智能反射面中的第l個智能反射面，N_l表示第l個智能反射面上反射元件的數量，ω_k是第k個用戶的波束形成矢量，M為基站的天線數量，G_l表示基站到第l個IRS的信道，h_kl表示從第l個智能反射面到第k個用戶的信道，其中，h_kl^H表示h_kl的共軛轉置矩陣；

確定多個用戶的和速率包括以下步驟：

基于單個用戶的信干燥比，通過香農定理確定多個用戶的和速率：

其中，B是毫米波通信系統中信道的帶寬；

所述毫米波通信系統的功耗為：

其中，ω_k是第k個用戶的波束形成矢量，μ是基站功率放大器的效率，P_BS為基站硬件功耗，P_k為移動用戶終端硬件功耗，P_IRS為智能反射面的硬件消耗功率；

所述毫米波通信系統的能效最大化模型為：

ω^Hω≤P_max，(2.3)

θ_ln∈[0,2π]，(2.4)

x_l∈{0,1}，(2.5)

其中ω＝[ω₁,...,ω_K]^T，x＝[x₁,...,x_L]^T，R_k是第k個用戶的最小速率，P_max是基站處的最大發送功率；

所述相位優化子問題為:

θ_ln∈[0,2π]，(3.4)

其中，γ是引入的松弛矢量，γ＝[γ₁,...,γ_K]^T，γ_k是γ中的元素；

所述波束形成優化子問題為:

ω^Hω≤P_max，(12.3)

其中，ζ是引入的松弛變量，ζ＝[ζ₁,...,ζ_K]^T，ζ_k為ζ中的元素，

所述智能反射面開關優化子問題為智能反射面開關向量x的非線性整數優化問題。