[发明专利]一种基于混合波束成形的毫米波移动边缘计算系统中计算效率优化方法

权利要求书

1.一种基于混合波束成形的毫米波移动边缘计算系统中计算效率优化方法，其特征在于：步骤如下：

(1)建立基于混合波束成形HBF的毫米波移动边缘计算MEC系统，该系统由U个单天线用户和一个与高性能MEC服务器相连的基站组成，用户和基站之间的信道建模为窄带块衰落毫米波信道，基站采用HBF构架，配有N根天线、N_RF条射频链路、N个功率放大器、NN_RF个移相器和N_S条数据流，且每根天线通过一个功率放大器和N_RF个移相器连接到所有射频链路上；基站的HBF由模拟波束成形ABF矩阵A和数字波束成形DBF矩阵D组成，其中的ABF矩阵需要满足恒模约束；为了获得更高的多路复用增益，N_S＝N_RF，且所有用户分成G组，每组对应一条独立的数据流，即G＝N_S；采用部分卸载模式，用户使用非正交多址接入NOMA协议上传其计算任务到基站的MEC服务器上；

(2)为了提高计算效率以及保证用户公平性，建立基于最大-最小公平性准则的计算效率优化问题，其优化目标为最大化所有用户的计算效率中的最小值，优化变量为基站的ABF矩阵和DBF矩阵以及每个用户的发射功率和本地中央处理器CPU频率，其中计算效率被定义为用户的计算比特数与能耗的比值，其中用户的计算比特数包括用户的本地计算比特数以及卸载计算比特数，相应的计算效率优化问题表示为：

其中：集合和分别表示为和第g组的用户集合记为其用户数量为第g组的第k个用户为η_g，k为的计算效率，D＝[d₁，...，d_G]，且d_g为D的第g列；表示的信道估计矢量，B为系统带宽，SINR_g，k为的信干噪比，C_g，k，f_g，k，ξ_g，k和P_g，k，c分别表示的中央处理器CPU每比特周期数，CPU频率，CPU芯片系数和固定电路功耗；p_g，k，分别为的最大功耗，发射功率，最小发射功率；ζ_g，k为的功率放大器系数，和分别为的最小计算比特速率和最大本地CPU频率；[A]_i，j为模拟波束形成矩阵A的第i行，第j列元素；

(3)引入辅助变量{w_g，q_g，k，γ_g，k，z_g，k，R_g，k，P_g，k，η}，和等式约束，给出步骤(2)中计算效率优化问题的等价问题如下：

其中：d_g为基站数字波束形成矩阵D的第g列，表示第g组用户对应数据流的数字波束形成向量；A为基站的模拟波束形成矩阵；表示第g组第1个用户和基站之间的信道估计向量的共轭转置；表示第g组第个用户和基站之间的信道估计向量的共轭转置；表示第g组的用户集合；表示第g组第k个用户和基站之间的信道估计向量的共轭转置；表示第m组第n个用户和基站之间的信道估计向量的共轭转置；ε_m，n表示第m组第n个用户的平均路径损耗，且表示第m组第n个用户的LOS路径的平均路径损耗，ρ^LOS表示LOS路径的估计精度；表示第m组第n个用户的NLOS路径的平均路径损耗，ρ^NLOS表示NLOS路径的估计精度；表示优化问题转换过程中引入的辅助变量，表示第m组第n个用户的发射功率；σ²表示高斯白噪声的方差；B表示系统带宽；C_g，k表示第g组第k个用户的中央处理器CPU每比特周期数；

并且采用罚函数法进一步得到对应的惩罚问题：

其中：为第l-1次迭代的惩罚变量；

(4)针对步骤(3)中的惩罚问题，利用非精确块坐标下降IBCD法将该惩罚问题分解成多个子问题，即：

1)固定求解D，相应的子问题为：

2)固定求解A，相应的子问题为：

3)固定{D，A}求解相应的子问题可表示为：

针对上述子问题使用Majorization-Minimization算法和连续凸逼近SCA算法求解，获得相应的计算有效的资源分配方案。