1.一种基于RIS辅助通信系统能耗最小方法,其特征在于:考虑用户通信速率约束和RIS的离散相移约束,以系统总功耗最小化为优化目标,对带有硬件损伤的RIS辅助多用户多输入单输出通信系统建立系统模型;利用S过程和逐次凸逼近方法将原问题转化为等价的凸优化问题;基于半定松弛方法和交替优化算法对所述凸优化问题进行求解;
所述方法具体包括以下步骤:
S1:初始化系统参数,设置迭代方法收敛精度 迭代初始化;
S2:给定RIS的对角线相移矩阵,计算基站到用户k的波束成形矩阵,此时基站发射功率S3:固定基站到用户k的波束成形矩阵,计算RIS的对角线相移矩阵;
S4:更新RIS对角线相移矩阵,并计算 n表示第n次迭代;
S5:判断MU‑MISO通信系统功耗是否收敛;若是,计算并输出基站到用户的最优波束成形矩阵、RIS的最优对角线相移矩阵和MU‑MISO通信系统的基站最低发射功率,然后结束;否则,进入步骤S6;
S6:判断当前迭代次数是否大于最大迭代次数;若是,输出基站到用户的最优波束成形矩阵、RIS的最优对角线相移矩阵和MU‑MISO通信系统的基站最低发射功率,然后结束;否则,进入下一次迭代,返回步骤S2;
所述步骤S1中,系统参数包括智能超表面RIS反射元件数L、基站天线数M、用户数K、基站到用户k的信道估计向量 基站到RIS再到用户k的级联信道估计向量 系统总的电路功率消耗值PC、基站功率放大系数ξ、基站最大发射功率门限Pmax、用户k的最小传输速率门限 基站到用户k的CSI不确定性集的半径 基站到RIS再到用户k的CSI不确定性集的半径 基站的硬件损伤因子ρt、用户k处的硬件损伤因子ρr,k、用户k处的噪声功率最大迭代次数Nmax;
步骤S2中所述基站到用户k的波束成形矩阵Vk为:
其中, vk基站到用户k的波束成形矩阵;
λ、rk、αk和βk为松弛变量;rk为用户k的可实现速率, 为用户k的最小传输速率门限;Tr(·)为矩阵的迹; 为基站到用户k的信道估计向量, 为基站到RIS再到用户k的级联信道估计向量,
ρt为基站的硬件损伤因子,ρr,k为用户k处的硬件损
伤因子, 为用户k处的噪声功率,θ是RIS相移矩阵的对角元素组成的向量,I为单位矩阵,X≥0表示矩阵X为半正定矩阵,0为全零矩阵, 为基站到用户k两条信道不确定性集的半径, 表示基站到RIS再到用户k的CSI不确定性集的半径,表示基站到用户k的CSI不确定性集的半径; 为系统总功耗,vec(X)表示对矩阵X进行向量化操作,将矩阵X每一列取出来组成一个H T
列向量,diag(·)为对角化,(·)为矩阵的共轭转置,(·)为矩阵的转置,|·|为绝对值,||·||为向量的欧几里得准则,Rank(·)为矩阵的秩;
步骤S3中所述RIS的对角线相移矩阵根据以下公式计算:
H
其中, E=θθ, 是RIS相移矩阵的对角元素组成的向量,每个θl只能取d个有限值,这些值在[0,2π)中等距分布;RIS移相器集用 表示,θl的y集合为 d=2 是相移电平数量,y表示d个相移级别
所需要的位数, 表示矩阵 的第l行l列元素模为q;
2.根据权利要求1所述的基于RIS辅助通信系统能耗最小方法,其特征在于:步骤S5中,判断MU‑MISO通信系统基站发射功率是否收敛的方法如下: 基站到用户的最优波束成形矩阵根据 计算,利用高斯随机化得到RIS的最优对角线相移向量*θ,通过投影定理求解到RIS的离散相位 系统最低总功耗