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申请/专利权人:南京航空航天大学
摘要:本发明提供一种去蜂窝MIMO系统能效优化的网络部署方法及装置,其中方法包括确定包含IRS链路的基站‑用户等效信道;根据基站‑用户等效信道确定用户的接受信号和信干噪比;确定去蜂窝MIMO系统的功耗;根据用户的接受信号和信干噪比以及去蜂窝MIMO系统的功耗,基于Stackelberg博弈求解能效优化的非凸问题;本发明考虑IRS元件的动态功耗,更好地描述实际系统的功耗模型;将能效优化问题建模为Stackelberg博弈框架,利用二阶锥规划、交替优化和混合整数规划求解非凸问题。
主权项:1.一种去蜂窝MIMO系统能效优化的网络部署方法,其特征在于,包括:确定包含IRS链路的基站-用户等效信道;根据基站-用户等效信道确定用户的接受信号和信干噪比;确定去蜂窝MIMO系统的功耗;根据用户的接受信号和信干噪比以及去蜂窝MIMO系统的功耗,基于Stackelberg博弈求解能效优化的非凸问题;其中,将基站作为领导者,IRS作为跟随者;在上层子博弈中,基站在功耗和速率阈值的约束下最大限度降低功耗,将非凸问题重新转换为凸问题,利用CVX求解;在下层子博弈中,以用户的加权速率和减去IRS的能耗作为优化目标,将非凸函数转换成为凹函数,在每次迭代中,先后优化IRS开关以及单元开关,最终利用Mosek求解有离散变量的凸优化问题,同时证明至少存在一个Stackelberg均衡解;所述根据基站-用户等效信道确定用户的接受信号和信干噪比以及去蜂窝MIMO系统的功耗,基于Stackelberg博弈求解能效优化的非凸问题,包括:构建能效优化的非凸问题表达式: 其中,U为能效优化问题的总效用;表示所有基站的波束形成的向量集;Γk为第k个用户的信干噪比;fb,k为第b个基站到第k个用户的波束形成向量;K为用户的总数;WTotal为去蜂窝MIMO系统的功耗;IR为IRS开关集合,IR,M为IRS的单元开关集合,R为IRS的总数;M为相移矩阵的总数;Wmax为每个基站的最大发射功率;||·||2表示复数向量的2范数;γmin为用户的最小速率阈值;Ir为第r个IRS的开关模式,Ir=0,表示第r个IRS为关模式,Ir=1,表示第r个IRS为开模式;Ir,m表示第r个IRS是否选择第m个相移矩阵;Ir,m=1,表示第r个IRS选择第m个相移矩阵;Ir,m=0,表示第r个IRS不选择第m个相移矩阵;在上层子博弈中,对于领导者基站,构建子博弈表达式: 其中,为领导者子博弈;X为基站的集合;UbF为基站b的效用;构建基站在功耗和速率阈值的约束下最大限度降低功耗的表达式: 其中,μ为发射功率的权重系数;B为基站的总数;W0为单个基站的静态功耗;Wbh为单个基站的回程链路功耗与每对基站和IRS之间回程链路的功耗的和;Hk和均为中间变量;bk为噪声矢量;Γmin为最小信干噪比;为第b个基站到第k个用户的等效信道进行相位旋转后的向量;H为共轭转置算子;为fb,k进行相位旋转后的向量;Im·为取虚部操作;其中, 其中,为复数域;每个基站有Nt根天线;利用CVX求解基站在功耗和速率阈值的约束下最大限度降低功耗;在下层子博弈中,对于追随者IRS,构建子博弈表达式: 其中,为指一组IRS;UrIR,IR,M为第r个IRS的效用;构建以用户的加权速率和减去IRS的能耗作为优化目标的表达式: 其中,fr·为log·转换后表达式;γ表示一组辅助变量{γk}k∈K;γk为第k个用户的速率阈值;Ir为第r个IRS的开关模式,Ir=0,表示第r个IRS为关模式,Ir=1,表示第r个IRS为开模式;Wr为第r个IRS激活所需的静态功耗;R为IRS的总数;α、β和g均为权重系数;Wopen,r为第r个IRS中开启的单元的动态功耗;其中, 其中,c为权重系数;为B个基站到第k个用户的信道向量集;为B个基站到第k个用户的发射矢量;为B个基站到第j'个用户的发射矢量;为第B个基站到第k个用户的发射矢量;I为单位矩阵;最优的γk通过求解得到: 其中,为辅助变量的闭式解;通过二次变换,将fr重写为: 其中,z指集合{zk}k∈K;迭代优化IR、IR,M和zk,以最大化fqγ,z,zk的最优值为: 重新构建初始问题表达式: 利用Mosek求解重新构建的初始问题;构建约束条件: 当满足约束条件时,最优决策构成Stackelberg均衡。
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