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申请/专利权人：南京邮电大学

摘要：本发明公开了一种基于能效最大化的双RIS辅助MU‑MIMO波束赋形方法及系统，涉及RIS辅助通信系统中波束赋形设计技术领域，包括建立双RIS辅助MU‑MIMO通信系统模型；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；确定实施参数，实现双RIS辅助MU‑MIMO系统能效最优。本发明针对双RIS辅助MU‑MIMO系统场景，综合考虑基站发射功率消耗和用户服务质量需求，通过合理设计RIS1、RIS2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，实现对系统能效的优化。具备显著提高通信系统的能源利用率、降低功耗成本以及提升网络性能的优势。

主权项：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RIS1间等效信道、基站与RIS2间等效信道、RIS间等效信道、RIS1与用户间等效信道、RIS2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RIS1和RIS2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RIS1、RIS2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RIS1反射系数、RIS2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RIS1反射系数的子问题表示如下： ；关于优化RIS2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RIS1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RIS2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RIS1反射系数、RIS2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。

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百度查询： 南京邮电大学 一种基于能效最大化的双RIS辅助MU-MIMO波束赋形方法及系统