配电运维单兵装备及车载驾驶舱的通信容量优化和装置的制作方法

本技术涉及电机控制，特别是涉及一种配电运维单兵装备及车载驾驶舱的通信容量优化方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术：

1、配电网位于电力系统的末端，直接连接企业和用户，为人民群众的生产生活提供能源保障。由于现有配电网线路大多以架空线路形式存在，配电线路及相关电气设备长期暴露在外，大气污秽、雷击、强风、鸟害、树木遮挡等因素都会影响配电网的安全运行。因此，配电网巡检对于及时发现配电网缺陷和故障、有计划地安排检修、提高供电网络的可靠性具有重要的作用。

2、随着近年来配网投资建设速度的不断加快，以及电网智能化趋势的不断深入，逐渐通过引入配电运维单兵装备及车载驾驶舱，为配电网的运检、运营管理团队提供信息支撑。然而，当下配电运维单兵装备及车载驾驶舱通信技术不成熟，需要一种能够有效提升配电运维单兵装备及车载驾驶舱的通信效率，以更好地配合落实配电网的巡检工作。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种配电运维单兵装备及车载驾驶舱的通信容量优化方法、装置、计算机设备和存储介质，以有效提高配电运维单兵装备与车载驾驶舱的通信容量。

2、第一方面，本技术提供了一种配电运维单兵装备及车载驾驶舱的通信容量优化方法。所述方法包括：

3、建立配电运维单兵装备及车载驾驶舱的ris辅助mimo系统，通过最大化发射信号向量和接收信号向量间的互信息，生成以相移系数矩阵集、激活分布矩阵集和发射协方差矩阵集为信道容量变量的信道容量函数；

4、根据所述信道容量函数设定最大化容量下界的第一优化模型，利用梯度上升算法对所述第一优化模型求解，以得到最大化容量下界对应的每个所述信道容量变量的优化解；

5、建立容量上界等效函数，设定最大化容量上界的第二优化模型，对所述第二优化模型求解，得到最大化容量上界对应的相移系数矩阵集的优化解；

6、根据所述信道容量函数和所述最大化容量上界对应的相移系数矩阵集的优化解，设定最大化容量上界的第三优化模型，对所述第三优化模型求解，以得到最大化容量上界对应的激活分布矩阵集和发射协方差矩阵集的优化解；

7、基于所述最大化容量下界和所述最大化容量上界对应的相移系数矩阵集、激活分布矩阵集和发射协方差矩阵集的优化解，设定配电运维单兵装备及车载驾驶舱的数据传输参数。

8、在其中一个实施例中，所述建立配电运维单兵装备及车载驾驶舱的ris辅助mimo系统，通过最大化发射信号向量和接收信号向量间的互信息，生成以相移系数矩阵集、激活分布矩阵集和发射协方差矩阵集为信道容量变量的信道容量函数，包括：

9、构建包含nt个天线的发射器与nr个天线的接收器，以及由n个反射单元组成的智能反射面的，配电运维单兵装备及车载驾驶舱的ris辅助mimo系统；

10、基于所述ris辅助mimo系统进行信号收发，获取发射信号向量和接收信号向量；

11、根据发射信号向量和接收信号向量，确定所述ris辅助mimo系统中的信道传输矩阵；

12、基于所述信道传输矩阵，将高斯分布信号作为发射信号向量，生成以相移系数矩阵集、激活分布矩阵集和发射协方差矩阵集为信道容量变量的、最大化所述发射信号向量和接收信号向量间的互信息的信道容量函数。

13、在其中一个实施例中，根据所述信道容量函数设定最大化容量下界的第一优化模型，利用梯度上升算法对所述第一优化模型求解，以得到最大化容量下界对应的每个所述信道容量变量的优化解，包括：

14、生成信道容量函数的容量下界公式；

15、将最大化所述容量下界公式的取值作为目标，将相移系数矩阵集、激活分布矩阵集和发射协方差矩阵集作为搜索项，构建第一优化模型；

16、利用凸约束、单调性特征和对数障碍函数，将所述第一优化模型的约束进行转化，得到以最大化目标函数的取值为目标的第一转化模型，所述目标函数的自变量包含所述激活分布矩阵集、ris相移系数向量和ris功率分配向量；

17、分别求解所述目标函数相对所述自变量的梯度，以及所述自变量对应的搜索方向和搜索步长；

18、基于每个所述自变量对应的搜索步长和搜索方向，利用梯度上升算法对所述第一转化模型求解，以得到最大化容量下界对应的每个所述信道容量变量的优化解。

19、在其中一个实施例中，所述利用凸约束、单调性特征和对数障碍函数，将所述第一优化模型的约束进行转化，得到以最大化目标函数的取值为目标的第一转化模型，包括：

20、针对ris的反射系数引入ris相移系数向量，利用针对所述ris相移系数向量的凸约束，替换所述第一优化模型中的所述反射系数的单模约束；

21、将发射协方差矩阵进行特征分解，引入ris功率分配向量，基于信道功率和信道容量的单调性特征将所述第一优化模型中的不等式幂约束重新表示为所述ris功率分配向量的等式幂约束；

22、通过对数障碍函数将所述容量下界公式转化为违反约束的目标函数，以得到最大化目标函数的取值为目标的第一转化模型。

23、在其中一个实施例中，所述基于每个所述自变量对应的搜索步长和搜索方向，利用梯度上升算法对所述第一转化模型求解，以得到最大化容量下界对应的每个所述信道容量变量的优化解，包括：

24、设定每个所述自变量的初始解和优化停止系数；

25、基于每个所述自变量的搜索步长和搜索方向，从所述初始解开始搜索，直至每个所述自变量的搜索步长均不大于所述优化停止系数与对应自变量的当前解的积；

26、根据所述自变量的当前解，求解得到最大化容量下界对应的每个所述信道容量变量的优化解。

27、在其中一个实施例中，所述建立容量上界等效函数，设定最大化容量上界的第二优化模型，对所述第二优化模型求解，得到最大化容量上界对应的相移系数矩阵集的优化解，包括：

28、建立变量为相移系数矩阵集和重塑的发射协方差矩阵的容量上界等效函数；

29、将最大化所述容量上界等效函数的取值作为目标，将相移系数矩阵集和重塑的发射协方差矩阵作为搜索项，构建第二优化模型；

30、基于所述第二优化模型，交替优化所述相移系数矩阵集和重塑的发射协方差矩阵，输出所述相移系数矩阵集的优化解。

31、在其中一个实施例中，所述根据所述信道容量函数和所述最大化容量上界对应的相移系数矩阵集的优化解，设定最大化容量上界的第三优化模型，对所述第三优化模型求解，以得到最大化容量上界对应的激活分布矩阵集和发射协方差矩阵集的优化解，包括：

32、根据所述信道容量函数生成容量上界公式；

33、将最大化所述容量上界公式的取值作为目标，将激活分布矩阵集和发射协方差矩阵集作为搜索项，将所述最大化容量上界对应的相移系数矩阵集的优化解作为已知项，构建第三优化模型；

34、对所述第三优化模型求解，以得到最大化容量上界对应的激活分布矩阵集和发射协方差矩阵集的优化解。

35、第二方面，本技术还提供了一种配电运维单兵装备及车载驾驶舱的通信容量优化装置，所述装置包括：

36、信道容量函数生成模块，用于建立配电运维单兵装备及车载驾驶舱的ris辅助mimo系统，通过最大化发射信号向量和接收信号向量间的互信息，生成以相移系数矩阵集、激活分布矩阵集和发射协方差矩阵集为信道容量变量的信道容量函数；

37、信道容量下界优化模块，用于根据所述信道容量函数设定最大化容量下界的第一优化模型，利用梯度上升算法对所述第一优化模型求解，以得到最大化容量下界对应的每个所述信道容量变量的优化解；

38、信道容量上界优化模块，用于建立容量上界等效函数，设定最大化容量上界的第二优化模型，对所述第二优化模型求解，得到最大化容量上界对应的相移系数矩阵集的优化解；根据所述信道容量函数和所述最大化容量上界对应的相移系数矩阵集的优化解，设定最大化容量上界的第三优化模型，对所述第三优化模型求解，以得到最大化容量上界对应的激活分布矩阵集和发射协方差矩阵集的优化解；

39、数据传输参数设定模块，用于基于所述最大化容量下界和所述最大化容量上界对应的相移系数矩阵集、激活分布矩阵集和发射协方差矩阵集的优化解，设定配电运维单兵装备及车载驾驶舱的数据传输参数。

40、第三方面，本技术还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述方法中的步骤。

41、第四方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述方法中的步骤。

42、第五方面，本技术还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述方法中的步骤。

43、上述配电运维单兵装备及车载驾驶舱的通信容量优化方法中，先建立配电运维单兵装备与车载驾驶舱的ris辅助mimo系统的系统模型，并对信道容量进行分析；之后对信道容量下界进行优化，得到最大化容量下界情况下的相移系数矩阵集、激活分布矩阵集和发射协方差矩阵；再对信道容量上界进行优化，得到最大化容量上界情况下的相移系数矩阵集、激活分布矩阵集和发射协方差矩阵。这样，通过对信道容量上下界进行优化，可以有效提高配电运维单兵装备与车载驾驶舱的通信容量。