1.一种基于MM算法的通信速率最大化求解方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:多用户系统构建阶段,在智能反射面辅助下构建多输入单输出URLLC系统;
S2:系统求和速率最大化问题构建阶段,根据多输入单输出URLLC系统,联合优化每个单天线用户的数据包译码错误概率、BS处的预编码矢量、具有离散相移的分布式被动波束赋形得到系统求和速率最大化问题;
S3:系统求和速率最大化问题求解阶段,使用MM算法对系统求和速率最大化问题的目标函数进行变形,并通过AO算法求解优化变量,最终通过迭代得到系统参数的最优解。
2.根据权利要求1所述的基于MM算法的通信速率最大化求解方法,其特征在于:所述的多输入单输出URLLC系统包含:K个单天线用户、N个天线基站、R个分布式智能反射面RIS,每个分布式智能反射面RIS由M个反射单元组成;S1:多用户系统构建阶段,包括以下步骤:定义 表示单天线用户集合, 表示
分布式智能反射面RIS集合, 表示反射单元集合;天线基站到单天线用户的数据传输链路 由基站‑用户直接链路 、RIS‑基站反射链路 和RIS‑用户反射链路 构成,其中, 表示维度为N行1列的复数向量; 表示维度为M行1列的复数向量; 表示维度为M行N列的复数矩阵;
设天线基站使用线性预编码,定义天线基站对单天线用户的预编码矢量为,反射单元的被动波束赋形矢量定义为:其中, 表示第1个反射单元的相移转换为复函数,即是欧拉变换公式; 表示第M个反射单元的相移转换为复函数; 表示虚数单位;定义表示向量 的第s个元素,并满足 ,此时,单天线用户信噪比定义为:
,其中 表示接收高斯
白噪声轻度,符号H表示共轭转置; 表示单天线用户集合 中除了单天线用户之外的其它所有单天线用户; 表示单天线用户i的预编码矢量。
3.根据权利要求2所述的基于MM算法的通信速率最大化求解方法,其特征在于:所述的系统求和速率最大化问题公式化后得到优化问题P1:其中,约束C1表示系统最大发送功率;Pmax表示实际最大发送功率门限;约束C2表示分布式智能反射面RIS离散相移;约束C3表示单天线用户的可靠性; 为离散相移的取值集合; 为数据包译码错误概率。
4.根据权利要求3所述的基于MM算法的通信速率最大化求解方法,其特征在于:所述的S3:系统求和速率最大化问题求解阶段,还包括以下步骤:设置有限块长度传输系统最优可靠性门限 ,单天线用户k的可达传输速率重写为:
式
中, , 为有限块长度传输系统最大可靠性门限,为一个常量,与 有关, 为向量 的最大取值, 为数据包传输块长度;
根据有限块长度编码理论,单天线用户k的可达传输速率表示为:,其
中 表示信道色散, 分别表示单天线用户的块长度和数据包传输错误概率, 表示高斯 函数的逆,定义为其中,t表示积分函数的变量;当 时,
单天线用户k的可达传输速率进一步表示为:;
重构优化问题P1的目标函数得到其下界, 的凸下界如下:式中, 是信道干扰系数; 是干扰功率;f0是一个常数,表示固定的频率偏移或噪声基底; 是复数乘积的实部,用于信号增强或相位调整;
代表信道响应与权重的组合,用于优化信号传输; ;
为信道估计中的权重系数;(n)表示第n次迭代;
固定分布式智能反射面RIS的反射单元的 ,并根据 的凸下界对单天线用户的预编码矢量 进行优化,得到优化子问题P5:式中, ; 表示第i个天线基站的预编码矢量;优化子问题P5的最优解 如下式:
式中, 为Lagrangian乘子; 表示一个N阶单位矩阵; 的最优值 定义为:;
固定单天线用户的预编码矢量 ,并根据公式(26)对分布式智能反射面RIS的反射单元的 进行优化;
将单天线用户k的期望信号功率公式化为:分布式智能反射面RIS的反射单元的 的优化子问题P6如下:;
使用SRA算法求优化子问题P6的次优解,求解时保持其他分布式智能反射面RIS的反射单元的 固定, ,其中, , , , 为解决优化问题时的第一特定角度, 为解决优化问题时的第二特定角度;
将优化问题重新公式化为关于 的线性形式,公式(31)中的目标函数写为:式中, 为复数指数形式,代表相位角,j代表虚数单位; 为一个矩阵或转换矩阵的元素,下标表示行和列的索引; 为与索引相关的角度; 为一个矩阵中对角线上的元素,下标表示行和列相同;
基于公式(33)和(34),将 的最优值 公式化:其中, 是一个与 相关的参数;定义 的目标函数为 公式化如下:;
初始化 为可行值,设置最大迭代次数 ,并获取 ;
不断计算获得 ,并令 ;不断更新 ,并令;直至系统求和速率最大化问题的目标函数收敛或 ,得到系统参数的最优解。
5.一种基于MM算法的通信速率最大化求解系统,其特征在于:用于实现如权利要求1‑4任一项所述的基于MM算法的通信速率最大化求解方法,包括:多用户系统构建模块,用于在智能反射面辅助下构建多输入单输出URLLC系统;
系统求和速率最大化问题构建模块,用于根据多输入单输出URLLC系统,联合优化每个单天线用户的数据包译码错误概率、BS处的预编码矢量、具有离散相移的分布式被动波束赋形得到系统求和速率最大化问题;
系统求和速率最大化问题求解模块,用于使用MM算法对系统求和速率最大化问题的目标函数进行变形,并通过AO算法求解优化变量,最终通过迭代得到系统参数的最优解。
6.一种计算机可读存储介质,其特征在于:所述的计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时,实现如权利要求1‑4任一项所述的基于MM算法的通信速率最大化求解方法。