[发明专利]毫米波通信系统的能效最大化方法和系统

权利要求书

1.一种毫米波通信系统的能效最大化方法，其特征在于，包括以下步骤：

在毫米波通信系统中设置多个智能反射面，构建多输入单输出的毫米波通信系统模型；

获取毫米波通信系统模型的多个模型参数，建立毫米波通信系统的能效最大化模型；

将毫米波通信系统的能效最大化模型解耦为相位优化、波束形成优化、智能反射面开关优化三个子问题；

对所述相位优化、波束形成优化、智能反射面开关优化三个子问题进行求解，获取使得所述毫米波通信系统的能效最大化的收敛结果；

所述毫米波通信系统模型还包括一个基站、多个智能反射面控制开关以及多个用户，其中，

任意智能反射面控制开关闭合，所述基站能够通过智能反射面控制开关所控制的智能反射面将发送信号分别发送给多个用户中的每个用户；

所述获取毫米波通信系统模型的多个模型参数，建立毫米波通信系统的能效最大化模型的步骤包括以下步骤：

确定单个用户的信干噪比、多个用户的和速率以及毫米波通信系统的功耗；

所述单个用户的信干噪比为：

其中，n_k加性高斯白噪声，n_k～CN(0,σ²)，智能反射面所施加的有效相移矩阵：θ_ln∈[0,2π]，x_l为智能反射面开关矢量，当x_l＝0时，第l个智能反射面不参与信号传输；当x_l＝1时，表明第l个智能反射面处于工作状态，k表示多个用户中的第k个用户，l表示毫米波通信系统中多个智能反射面中的第l个智能反射面，N_l表示第l个智能反射面上反射元件的数量，ω_k是第k个用户的波束形成矢量，M为基站的天线数量，G_l表示基站到第l个IRS的信道，h_kl表示从第l个智能反射面到第k个用户的信道，其中，h_kl^H表示h_kl的共轭转置矩阵；

确定多个用户的和速率包括以下步骤：

基于单个用户的信干燥比，通过香农定理确定多个用户的和速率：

其中，B是毫米波通信系统中信道的带宽；

所述毫米波通信系统的功耗为：

其中，ω_k是第k个用户的波束形成矢量，μ是基站功率放大器的效率，P_BS为基站硬件功耗，P_k为移动用户终端硬件功耗，P_IRS为智能反射面的硬件消耗功率；

所述毫米波通信系统的能效最大化模型为：

ω^Hω≤P_max，(2.3)

θ_ln∈[0,2π]，(2.4)

x_l∈{0,1}，(2.5)

其中ω＝[ω₁,...,ω_K]^T，x＝[x₁,...,x_L]^T，R_k是第k个用户的最小速率，P_max是基站处的最大发送功率；

所述相位优化子问题为:

θ_ln∈[0,2π]，(3.4)

其中，γ是引入的松弛矢量，γ＝[γ₁,...,γ_K]^T，γ_k是γ中的元素；

所述波束形成优化子问题为:

ω^Hω≤P_max，(12.3)

其中，ζ是引入的松弛变量，ζ＝[ζ₁,...,ζ_K]^T，ζ_k为ζ中的元素，

所述智能反射面开关优化子问题为智能反射面开关向量x的非线性整数优化问题。