[发明专利]通信系统容量分析及优化方法

权利要求书

1.一种通信系统容量分析及优化方法，基于包括直接信道和级联信道的目标无线网络，其特征在于，目标无线网络中AP与UEs之间的数据传输执行以下步骤，优化目标无线网络的系统容量：

步骤A：建立容量分析模型，在满足AP的发射功率、UEs的速率需求和反射单元的单模约束的同时，通过联合优化AP的功率分配和RIS的反射系数，使系统的整体容量最大；

步骤B：容量稳定解的求解，采用WF功率分配法优化AP的功率分配，开发基于罚函数和基于SCA的两种算法分别优化RIS的反射系数；

步骤C：容量上限的求解，利用MO算法和SDR法求解初始优化问题的容量上界。

2.根据权利要求1所述的通信系统容量分析及优化方法，其特征在于，步骤A具体执行以下步骤：

步骤A1：构建RIS辅助多用户单输入单输出下行通信系统的容量分析模型；RIS反射系数能够建模为对角反射系数矩阵，即其中，j为虚数单位，θ_n是第n个反射元件的相移，θ_n∈[0,2π)；当AP与某个UE通信时，RIS反射信息与AP发射信息在同一时频资源块上运行，从AP处发出的信号表示为：式中，s_k是AP为UEk发射的数据符号，p_k是AP为UEk分配的功率；

步骤A2：优化AP功率分配p_k和RIS反射系数矢量φ，以最大化系统容量，同时满足总功率预算、移相器的单模约束，优化问题构造为：

R_k(p_k，φ)≥R_min

其中，ω_k是控制UE调度优先级的权重因子，|φ_n|是移相器上的单位范数约束，UE的最小速率需求为R_min，约束条件|φ_n|＝1非凸，该优化问题非凸目标函数的优化变量{p_k}和φ深度耦合。

3.根据权利要求2所述的通信系统容量分析及优化方法，其特征在于：所述步骤A1中，对于理想的相移模型，所有反射单元的振幅

4.根据权利要求2所述的通信系统容量分析及优化方法，其特征在于：所述步骤A1中，用户k处级联信道和直接信道的功率增益分别表示为：h_c＝L_c|h_r,kΦh_a,r|²，h_au＝L_au|h_a,k|²，式中，L_c和L_au分别表示级联路径损耗和直接路径损耗，h_a,r，h_r,k和h_a,k分别表示AP-RIS，RIS-UEs和AP-UEs链路的小尺度衰落；设反射系数矢量则级联信道功率增益能够重写为：设则直接信道功率增益能够重写为：h_au＝|q_au|²。

5.根据权利要求4所述的通信系统容量分析及优化方法，其特征在于：所述步骤A1中，AP-UEk的等效信道为：UEk接收到的AP发送给的数据s_i都视为噪声，故UEk接收到的信号表示为：式中，为UEk接收到的AP发送给UEi的信息，p_i是AP为UEi分配的功率，为UEs端的加性高斯白噪声AWGN，在UEk处解码s_k的SINR表示为：

其中，σ²表示加性复高斯噪声的方差；

UEk的数据速率表示为：R_k＝log₂(1+γ_k)。