【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信领域，具体涉及一种多ris协同辅助的用户中心化网络速率优化方法。
技术介绍
1、高频无线通信，例如毫米波通信和太赫兹通信，以其广泛的频谱资源显著提升了系统容量，有效缓解了频谱资源短缺的困扰。然而，相较于微波通信，高频信号在传输过程中面临更严重的路径损耗，且更容易被障碍物(如建筑物、树木等)阻塞。为解决此问题，可引入智能反射面(reconfigurable intelligent surface，ris)重构无线信号传输环境。ris是一种能够根据环境和通信需求进行实时调整的可编程电磁超材料构成的二维表面。通过调整每个反射单元的幅度或相位，能实现出射信号的调整、优化或增强。利用上述特性，ris能够构建虚拟视距链路，进而消除阻塞、衰落等不利信道因素，提高通信系统性能。另外，ris具有绿色节能、易部署和造价低等优点，因此被广泛应用于无线通信系统中。
2、对于ris辅助的无线通信系统，现有文献大都集中在单个ris或多个分布式ris的场景，少部分考虑了多个ris之间协作带来的潜在增益。研究结果表明，与传统的单ris或分布式ris辅助相比，ris协同辅助能进一步提高系统性能。不过，ris协同辅助的现有研究方案，主要局限于单基站通信系统，而以用户为中心的密集基站部署场景尚待深入研究。本专利技术致力于打破这一局限性。在密集基站部署场景中，用户多关联问题是保证用户服务质量的关键，涉及功率分配、多小区间干扰问题；对于相同服务基站，不同的ris协同辅助效果差异较大；主动-被动联合波束赋形设计是ris辅助高频无线通信系统
3、综上所述，现有技术问题在于，较少考虑ris协作的影响，未充分利用ris优势，且局限于单基站通信系统。因此，为最大化用户可达速率，充分利用ris协作的有效增益，亟需一种多ris协作的密集高频无线通信系统的资源调度方法。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种多ris协同辅助的用户中心化网络速率优化方法，旨在对用户最大关联数、基站最大发射功率以及ris反射单元相位等参数的严格约束条件下，通过无线资源分配，最大化用户多链路可达和速率。
2、具体方案包括以下步骤：
3、s1.构建以用户为中心的多ris协同辅助的密集基站部署高频无线通信网络模型；
4、s2.以用户可达速率最大化为目标，构建非凸多变量耦合的无线资源分配优化问题；其中，用户可达速率为用户与其关联的多个基站间所有可达链路的速率之和；
5、s3.将无线资源分配优化问题解耦为用户多关联、基站发射波束赋形设计和多ris协同相移矩阵设计三个子问题；
6、s4.对三个子问题进行联合迭代求解，得到最优用户多关联参数、最优基站发射波束赋形矢量和最优多ris协同相移矩阵。
7、进一步的，将无线资源分配优化问题解耦为三个子问题，包括：
8、s31.在无线资源分配优化问题中，固定基站波束赋形矢量和多ris协同相移矩阵，将约束条件c2放松为0≤cb≤1，得到用户多关联子问题；
9、s32.在无线资源分配优化问题中，固定用户关联参数，并引入辅助变量构造新优化问题；对新优化问题进行处理后得到转换问题，给定多ris协同相移矩阵，得到基站发射波束赋形设计子问题；
10、s33.在转换问题中，给定基站波束赋形矢量，得到多ris协同相移矩阵子问题。
11、进一步的，步骤s4具体包括：
12、s41.采用拉格朗日对偶分解法求解用户多关联子问题，更新用户关联参数；
13、s42.基于最短距离准则为用户和其关联的基站选取辅助ris组，根据辅助ris组和步骤s41更新的用户关联参数求解基站发射波束赋形矩阵设计子问题，更新基站发射波束赋形矢量；
14、s43.基于步骤s41更新的用户关联参数，以及步骤s42更新的基站发射波束赋形矢量，求解多ris协同相移矩阵设计子问题，更新多ris协同相移矩阵；
15、s44.判断无线资源分配优化问题是否收敛(即最新一次迭代得到的用户可达速率对比上一迭代得到的用户可达速率不再增加，或者达到最大迭代次数)，若是，则得到最优用户多关联参数、最优基站发射波束赋形矢量和最优多ris协同相移矩阵，若不是，则返回步骤s41。
16、进一步的，步骤s41采用拉格朗日对偶分解法求解用户多关联子问题，包括：
17、s411.引入拉格朗日乘子v构造拉格朗日函数和拉格朗日对偶函数g(v)；
18、s412.最小化拉格朗日对偶函数形成对偶问题；
19、s413.根据拉格朗日乘子v更新用户关联参数；
20、s414.采用次梯度算法更新拉格朗日乘子v；然后判断拉格朗日乘子v是否收敛，若是，则对偶问题达到全局最优，输出当前用户关联参数，若不是，则返回步骤s413。
21、进一步的，步骤s42具体包括：
22、s421.将所有ris任意两两配对得到多个ris对，针对与用户关联的每一基站b＝1,2,..,b.，计算所有ris对与基站b间的总路径距离，选择总路径距离最小的一个ris对作为基站b的辅助ris组；其中，任一ris对(ris i,ris j)与基站b的总路径距离为基站b到ris i的距离、ris i到ris j的距离，以及ris j到用户的距离这3个距离的总和；
23、s422.引入复数辅助向量ξ，将基站发射波束赋形设计子问题转化为关于基站发射波束赋形矢量和复数辅助向量ξ的双凸优化问题；
24、s423.固定双凸优化问题中的基站发射波束赋形矢量，求解得到最优复数辅助向量ξopt；
25、s424.将最优复数辅助向量ξopt代入双凸优化问题求解得到最优的基站发射波束赋形矢量。
26、进一步的，步骤s43具体包括：
27、s431.引入辅助参数ε重构多ris协同相移矩阵设计子问题得到重构优化问题；
28、s432.固定重构优化问题中的多ris协同相移矩阵，求解得到最优的辅助参数εopt；
29、s433.将最优的辅助参数εopt代入重构优化问题，求解得到最优的多ris协同相移矩阵。
30、本专利技术的有益效果：
31、与现有技术相比，本专利技术不仅考虑了用户多关联的优化，还特别提出了在多关联条件下基站发射波束赋形矩阵和多ris协同相移矩阵联合优化设计。此外，本专利技术通过动态调整基站和ris的协同策略，最大限度地利用多ris的反射特性，显著提高用户的多链路可达速率。对于协同ris的确定，本专利技术利用最小距离准则，即通过计算基站、ris和用户之间的距离之和的最小值来确定最优辅助ris组合。
32、面对多变量耦合的非凸优化问题，本专利技术通过分解技术将其解耦为三个子问题，并采用交替迭代优化的方法实现，在优化过程中呈现闭式更新，可降低计算复杂度。首先，在固定基站发射波束赋形矩阵和ris相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多RIS协同辅助的用户中心化网络速率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多RIS协同辅助的用户中心化网络速率优化方法，其特征在于，密集基站部署高频无线通信网络模型包括多个基站、多个RIS和一个用户，基站集合记为RIS集合记为B表示基站数量，L表示RIS数量；其中，用户配备M根天线，每一个基站配备Mt根天线，假设用户的M根天线被视为处于同一位置的M个虚拟单天线用户，每根天线分别关联不同的基站，并接收来自这些基站的独立数据流，实现虚拟空分复用；每个RIS配备N＝Nx×Ny个反射单元，Nx表示RIS中水平排列的反射单元数量，Ny表示RIS中垂直排列的反射单元数量；
3.根据权利要求1所述的一种多RIS协同辅助的用户中心化网络速率优化方法，其特征在于，非凸多变量耦合的无线资源分配优化问题表示为：
4.根据权利要求3所述的一种多RIS协同辅助的用户中心化网络速率优化方法，其特征在于，将无线资源分配优化问题解耦为三个子问题，包括：
5.根据权利要求1所述的一种多RIS协同辅助的用户中心化网络速率优化方法，其
6.根据权利要求5所述的一种多RIS协同辅助的用户中心化网络速率优化方法，其特征在于，步骤S41采用拉格朗日对偶分解法求解用户多关联子问题，包括：
7.根据权利要求5所述的一种多RIS协同辅助的用户中心化网络速率优化方法，其特征在于，步骤S42具体包括：
8.根据权利要求5所述的一种多RIS协同辅助的用户中心化网络速率优化方法，其特征在于，步骤S43具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种多ris协同辅助的用户中心化网络速率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多ris协同辅助的用户中心化网络速率优化方法，其特征在于，密集基站部署高频无线通信网络模型包括多个基站、多个ris和一个用户，基站集合记为ris集合记为b表示基站数量，l表示ris数量；其中，用户配备m根天线，每一个基站配备mt根天线，假设用户的m根天线被视为处于同一位置的m个虚拟单天线用户，每根天线分别关联不同的基站，并接收来自这些基站的独立数据流，实现虚拟空分复用；每个ris配备n＝nx×ny个反射单元，nx表示ris中水平排列的反射单元数量，ny表示ris中垂直排列的反射单元数量；
3.根据权利要求1所述的一种多ris协同辅助的用户中心化网络速率优化方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛青，木家俊，夏浩，杨柳，李职杜，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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