【摘 要】
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5G和6G的移动通信系统所使用的无线频段越来越高,障碍物遮挡问题越来越严重。近年来,学术界提出用智能反射面将高频电磁波反射到障碍物背后以克服障碍物遮挡这一缺陷。本文针对RIS辅助的MISO系统和RIS辅助的多载波NOMA传输系统,基于用户最小可达速率最大化和系统能效最大化,研究了功率、RIS相位和载波分配的联合优化问题,论文主要工作如下:一、针对RIS辅助的多用户MISO下行传输系统,以最大化用户
【基金项目】
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国家自然科学基金课题资助(61960206005 & 61960206006); 未来移动通信系统全局无线资源分配的分布式设计,国家自然科学基金面上课题,课题编号:61871128
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5G和6G的移动通信系统所使用的无线频段越来越高,障碍物遮挡问题越来越严重。近年来,学术界提出用智能反射面将高频电磁波反射到障碍物背后以克服障碍物遮挡这一缺陷。本文针对RIS辅助的MISO系统和RIS辅助的多载波NOMA传输系统,基于用户最小可达速率最大化和系统能效最大化,研究了功率、RIS相位和载波分配的联合优化问题,论文主要工作如下:一、针对RIS辅助的多用户MISO下行传输系统,以最大化用户最小可达速率为目标函数,对基站的预编码和RIS的相位进行了联合优化。主要工作包括:1)对问题建立了相应的数学优化模型,引入速率下界作为松弛变量,将该数学优化问题转化成一个等价的优化问题;2)对该等价优化问题,采用预编码矩阵和RIS相位交替迭代的方案来求解该优化问题,提出了相应的迭代算法;3)将预编码矩阵的优化问题转化为SOCP形式进行求解;对于RIS相位的优化问题,采用了罚函数法和SCA的方法进行求解。仿真结果表明,本文提出的迭代算法能有效地提升最小用户的最大可达速率。二、针对多个RIS辅助的MISO下行传输系统,以最大化系统能效为目标函数,对基站发射功率、RIS选择和RIS相位进行了联合优化。主要工作包括:1)对问题建立了相应的数学优化模型,提出了一个交替迭代算法对问题进行求解;在固定RIS选择方案的情况下,对RIS相位和基站发射功率进行优化,再在固定RIS相位和基站发射功率的情况下,对RIS选择方案进行优化;2)在求解RIS相位和基站发射功率的联合优化问题时,又将其分解成RIS相位的优化和基站发射功率的优化这两个子问题;在求解RIS相位时,采用SCA对非凸问题进行转化,并给出了两种优化算法;在求解基站发射功率时,推导出了最优的功率闭式解;3)在求解RIS选择方案时,采用贪婪算法进行求解。仿真结果表明,本文提出的迭代算法将有效的提升系统能效。三、针对RIS辅助的NOMA下行传输系统,以最大化用户最小可达速率为目标函数,对用户功率和RIS相位进行了联合优化。主要工作包括:1)对问题建立了相应的数学优化模型,推导了最优功率分配下最小用户的最大可达速率的下界;2)通过最大化最小用户信道增益优化RIS相位,将该问题转化为SDP的形式,并提出了随机数算法求解RIS相位。仿真结果表明,本文提出的算法和MRT算法相比,能有效地提升最小用户的最大可达速率。四、针对RIS辅助的多载波NOMA下行传输系统,以最大化系统能效为目标函数,对子载波分配、子载波内用户的解码顺序、用户功率和RIS的相位进行了联合优化。主要工作包括:1)对问题建立了相应的数学优化模型,将该问题分解成“子载波分配”、“优化用户解码顺序”和“交替优化用户功率与RIS相位”的三个子问题;2)针对子载波分配子问题的求解,提出基于信道增益排序的多对一匹配算法;3)针对子载波内的用户解码顺序的求解,提出了一种低复杂度的解码顺序优化算法;4)针对用户功率和RIS相位的联合优化子问题,使用Dinkelbach算法优化用户功率,使用SCA算法优化RIS相位,提出了用户功率和RIS相位交替迭代的联合优化算法。最后通过仿真结果,验证了所提算法的有效性。
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