[发明专利]一种基于全向智能超表面的通信系统设计方法

权利要求书

1.一种基于全向智能超表面的通信系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，构建以通信系统总功耗最小化为优化目标的优化问题模型；所述通信系统为基于全向智能超表面的通信系统；

步骤2，对步骤1中构建的优化问题模型，设置约束条件；约束条件包括：用户最小速率约束、全向智能超表面的相移约束以及分配时隙长度约束；

步骤3，对设置约束条件后的优化问题模型进行求解，得到最小化系统总功耗的优化方案；

步骤1中所述的全向智能超表面的每个单元均有两种工作模式，即：反射模式和透射模式；其中，在反射模式下，每个单元均能够反射入射信号；在透射模式下，入射信号能够穿过全向智能超表面的单元进行传输；全向智能超表面采用时隙切换协议工作，设存在两个时隙，分别为时隙1和时隙2；在时隙1中，全向智能超表面的所有单元均工作在反射模式下，所覆盖的通信区域为反射区域；在时隙2中，全向智能超表面的所有单元均工作在透射模式下，所覆盖的通信区域为透射区域；

步骤1中所述的优化问题模型如下：

其中，(p₁+p₂)为系统总功耗，p_k为用户k的发射功率，t_k为时隙k的长度，为全向智能超表面第m个单元在时隙k的相移；

步骤2中所述的约束条件包括：

约束条件1：

约束条件2：

约束条件3：t₁+t₂＝1,0t₁1,0t₂1

其中，为用户k的最小速率门限值，π为圆周率，M为全向智能超表面所含单元的总个数，为用户k的数据传输速率，为全向智能超表面与基站之间的信道向量，为用户k与全向智能超表面之间的信道向量，和分别为反射波束赋形矩阵和透射波束赋形矩阵，σ²为加性高斯白噪声的方差，表示M维的复数列向量，|·|²表示复数模的平方，(·)^H表示向量的共轭转置，diag{·}表示将向量转换为对角矩阵，e^j·表示复数的指数形式；

约束条件1为用户的最小速率约束；约束条件2为全向智能超表面的相移约束；约束条件3为归一化后时隙1和时隙2的总时隙长度约束；

步骤3中所述的对设置约束条件后的优化问题模型进行求解，方法包括：

步骤3-1，计算全向智能超表面的相移；

步骤3-2，计算用户发射功率和时隙长度；

步骤3-1中所述的计算全向智能超表面的相移，方法包括：

全向智能超表面第m个单元在时隙k的相移计算方法如下：

其中，和分别为向量h和g_k第m个元素的相位，k∈{1,2}，m∈{1,2,…,M}；

步骤3-2中所述的计算用户发射功率和时隙长度，方法包括：

步骤3-2-1，初始化搜索步长Δt和搜索次数τ＝0；

步骤3-2-2，更新迭代次数τ＝τ+1，更新时隙长度t₂＝τ×Δt；

步骤3-2-3，计算用户发射功率；

步骤3-2-4，计算第τ次迭代过程中系统总功耗：

步骤3-2-5，如果t₂1，执行步骤3-2-2；否则，执行步骤3-2-6；

步骤3-2-6，根据得到的所有系统总功耗计算最小系统总功耗对应的迭代次数τ_op，即：

步骤3-2-7，输出最优时隙长度输出最优发射功率；

步骤3-2-3中所述的用户发射功率计算方法如下：

步骤3-2-7中所述的最优发射功率为：

其中，和分别表示用户1和用户2的最优发射功率，和分别表示时隙1和时隙2的最优长度。

2.根据权利要求1所述的一种基于全向智能超表面的通信系统设计方法，其特征在于，步骤1中所述的全向智能超表面应用于上行通信链路中，用户在全向智能超表面的辅助下与基站进行通信。