1.一种基于能效最大化的双RIS辅助MU‑MIMO波束赋形方法,其特征在于:包括,建立双RIS辅助MU‑MIMO通信系统模型,其中基站通过双RIS为多个多天线用户提供服务;
设计系统能效优化问题,将优化问题划分为多个子问题,对实施参数进行联合优化;
所述设计系统能效优化问题包括以下步骤,分别表示基站与RIS 1间等效信道、基站与RIS 2间等效信道、RIS间等效信道、RIS 1与用户 间等效信道、RIS 2与用户 间等效信道;
则由基站到用户 的总反射信道表示为:;
其中, 表示RIS 的反射系数矩阵,为RIS 的等效反射系数;
表示RIS 上第 个反射单元的反射系数相位;
基站对用户 的发射波束赋形向量为 ,用户 处的接收波束赋形向量为, 表示发送给第 个用户的信号,满足 ,基站的发射信号表示为,经用户解码后,用户 接收到的信号表示为:;
其中, 为用户k接收到的信号,H表示厄尔米特转置; 为用户处的加性高斯白噪声向量,且 服从复高斯分布, 为等效噪声功率; 为单位矩阵;
根据信干噪比定义,用户 的接收信干噪比 表示为:;
双RIS辅助MU‑MIMO系统的总功耗 表示如下:;
其中, 表示发射功率放大器的效率, 分别表示用户 、基站和每个RIS反射单元消耗的硬件静态功率,M为RIS 1和RIS 2上的反射单元总数;
双RIS辅助MU‑MIMO系统能效 定义为:;
其中, 为带宽, 为硬件静态总功耗;
建立能效优化问题 表示如下:
;
其中,约束 表示基站发射功率不超过允许的最大发射功率,约束 表示用户的接收信干噪比大于用户可接受的最低信干噪比 ,约束表示RIS反射相位在 间取连续值, 和分别为RIS 1、RIS 2上反射单元和用户的集合;
采用交替优化方法,将能效优化问题 分解成四个子问题,分别优化RIS 1反射系数、RIS 2反射系数、基站发射波束赋形参数以及用户接收波束赋形参数;
关于优化RIS 1反射系数的子问题 表示如下:;
关于优化RIS 2反射系数的子问题 表示如下:;
关于优化基站发射波束赋形参数的子问题 表示如下:;
关于优化用户接收波束赋形参数的子问题 表示如下:;
式中, 为用户 的接收信干噪比, 为用户可接受的最低信干噪比, 为发射功率放大器的效率, 为基站对用户 的发射波束赋形向量, 为硬件静态总功耗;
所述对实施参数进行联合优化包括以下步骤,关于优化RIS 1反射系数的子问题 ,经拉格朗日对偶变换和二次变换,问题转化为:;
其中, 是由 构造的矩阵, 和 分别是由拉格朗日对偶变换和二次变换引入的辅助变量, 是在推导中为简化表述所设的矩阵;
使用标准凸优化工具有效求解,对所得矩阵做EVD分解,恢复出最优的 ;
关于优化RIS 2反射系数的子问题 ,经拉格朗日对偶变换和二次变换,问题转化为:;
其中, 是由 构造的矩阵, 和 分别是由拉格朗日对偶变换和二次变换引入的辅助变量, 是在推导中为简化表述所设的矩阵;
使用标准凸优化工具进行有效求解,对所得矩阵做EVD分解,恢复出最优的 ;
关于优化基站发射波束赋形参数的子问题 ,经二次变换和多维分式规划,问题转化为:;
目标函数设定为:
;
式中, 为由 构造的矩阵集合, 和 分别是由二次变换和多维分式规划引入的辅助变量, 和 是推导中为简化表述所设的矩阵;
使用标准凸优化工具进行求解,对所得矩阵集合 中的每个矩阵做EVD分解,得到最优的基站发射波束赋形集合 ;
关于优化用户接收波束赋形参数的子问题 ,由于集合 中的每个向量相互独立,将问题分解为 个子问题,每个子问题的目标都是最大化对应用户的接收信干噪比,其中第 个子问题 表示如下:;
基于MMSE思想,问题 可获取闭式解,即;
其中, ,分别对 个子问题求解,得到每个用户对应的接收波束赋形向量;
对四个子问题的解做迭代直至收敛,获取最优的RIS 1反射系数、RIS 2反射系数、基站发射波束赋形参数和用户接收波束赋形参数;
确定实施参数,实现双RIS辅助MU‑MIMO系统能效最优。
2.如权利要求1所述的基于能效最大化的双RIS辅助MU‑MIMO波束赋形方法,其特征在于:所述双RIS辅助MU‑MIMO通信系统包括基站和多个用户构成的用户集群,基站端和用户端均配置多根天线,基站端和用户端附近均配置RIS用于辅助通信,其中,RIS 1部署在基站附近,RIS 2部署在用户集群附近,基站发射信号通过RIS反射到达用户端。
3.如权利要求2所述的基于能效最大化的双RIS辅助MU‑MIMO波束赋形方法,其特征在于:所述实施参数包括RIS 1反射系数、RIS 2反射系数、基站发射波束赋形参数以及用户接收波束赋形参数。
4.一种基于能效最大化的双RIS辅助MU‑MIMO波束赋形系统,基于权利要求1 3任一所~述的基于能效最大化的双RIS辅助MU‑MIMO波束赋形方法,其特征在于:包括,构建模块,用于建立双RIS辅助MU‑MIMO通信系统模型,其中基站通过双RIS为多个多天线用户提供服务;
优化模块,用于设计系统能效优化问题,将优化问题划分为多个子问题,对实施参数进行联合优化;
实施模块,用于确定实施参数,实现双RIS辅助MU‑MIMO系统能效最优。
5.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于:所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1 3任一所述基于能效最大化的双RIS~辅助MU‑MIMO波束赋形方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于:所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1 3任一所述基于能效最大化的双RIS辅助MU‑MIMO波束赋形方~法的步骤。