[发明专利]一种基于可重构智能表面的通信系统吞吐量优化方法

权利要求书

1.一种基于可重构智能表面的通信系统吞吐量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：构建以最大化系统吞吐量为目标函数的优化问题P1；

S2：将优化问题P1转化为迭代优化问题P2；

S3：初始化迭代优化参数；

S4：求解迭代优化问题P2，得到优化结果；

S5：根据优化结果判断系统吞吐量是否达到最大化；

若是，则得到系统最大吞吐量；

否则，根据优化结果更新迭代优化参数并返回步骤S4，进行下一次迭代优化；

设通信系统中一共有个用户，被分为K簇，每一簇都有M_k个用户，k∈T＝{1,...,K}，T为簇序号集合；所有用户和基站都配备单个天线，障碍物存在于用户和基站的中间，导致用户和基站的直接链路被阻挡，用户和基站之间的通信通过RIS来辅助实现，RIS具有N个反射元件；

用户u_k,m获得的能量E_k,m为：

其中，u_k,m表示第k簇的第m个用户，m∈Ω＝{1,...,M_k}，Ω为用户序号集合，η表示能量转换效率，P₀是基站的发射功率，g_k,m表示从RIS到用户u_k,m传输能量的信道，表示N×1维度的复值矩阵的集合，H表示共轭转置，Φ₀＝diag(φ_1,0,...,φ_N，0)是下行时隙τ₀的RIS反射系数矩阵，φ_1,0,...,φ_N，0均为RIS反射系数矩阵例的元素，g_BS表示基站与RIS之间传输能量的信道，

上行链路信息传输期间每个用户的发射功率为：

其中，P_k,m代表用户u_k,m的发射功率，τ_k代表第k簇用户的上行信息的传输时间；

根据NOMA协议，基站使用连续干扰消除来解码每个用户群的信息，即当解码第k簇的用户信息时，为了检测第m个用户的消息，基站首先解码第i个用户的消息，然后从接收的消息中移除该消息，则其它用户的信号则视为干扰信号；基站接收的第k簇用户的信号y_k为

其中，h_BS表示从RIS到基站传输信息的反射信道，h_k,m表示从用户u_k,m到IRS传输信息的信道，Φ_k＝diag(φ_1,k,...,φ_N,k)是下行时隙τ_k的RIS反射系数矩阵，φ_1,k,...,φ_N,k均为RIS反射系数矩阵例的元素，s_k,m表示用户u_k,m的传输数据符号，其均值为0和方差为1；n_k表示零均值和方差σ²的加性噪声；

第k簇中第m个用户的可实现吞吐量R_k,m为：

其中，P_k,i代表用户u_k,i的发射功率，h_k,i表示从用户u_k,i到IRS传输信息的信道；

综上，系统总吞吐量R由下式给出：

因此，在步骤S1中，优化问题P1为：

|φ_n,0|＝1,n∈N

|φ_n,k|＝1,n∈N

τ₀≥0，τ_k≥0，k∈T；

其中，T_total为总时间；

在步骤S2中，通过定义下行时隙τ₀的RIS相移矩阵下行时隙τ_k的RIS相移矩阵其中，⊙表示哈达玛积；得到从而将优化问题P1转化为迭代优化问题P2；

所述迭代优化问题P2为：

|w_n,0|＝1，n＝1,...,N

τ₀≥0,τ_k≥0，k∈T；

步骤S3具体为：初始化τ₀、τ_k、迭代前的矩阵迭代前的矩阵迭代前的系统吞吐量R⁽⁰⁾，并令迭代次数r＝0，差阈值ε＝10^-4；

在步骤S4求解迭代优化问题P2之前，还包括将迭代优化问题P2分解为子问题P6和子问题P7；其中，

子问题P6为：

s.t.|w_n,0|≤1，n＝1,...,N

子问题P7为：

τ₀≥0，τ_k≥0，k∈T；

其中，b_k,m、c_k,m为松弛变量，

在求解子问题P6之前，还包括将子问题P6分解为子问题P6.1和子问题P6.2；其中，

子问题P6.1为：

s.t.|w_n,0|≤1，n＝1,...,N

子问题P6.2为：

在步骤S4中，通过以下步骤求解迭代优化问题P2得到优化结果：

S4.1：求解子问题P6.1和P6.2，得到其中，为最优的w₀，为最优的w_k；

S4.2：将代入子问题P7，求解得到其中，为最优的τ₀，为最优的τ_k；

S4.3：将代入迭代优化问题P2，求得优化结果R^(r+1)；

在步骤S5中，

当时，判断系统吞吐量达到最大化；

否则，判断系统吞吐量未达到最大化。