高铁场景下有源智能超表面辅助的能效优化研究

Abstract

针对高铁场景中无源智能超表面（reconfigurable intelligent surface，RIS）引入的“乘性衰落”效应问题，一种有效解决办法是部署有源RIS。然而，传统的有源RIS全连接架构中大量有源元件会导致过高的硬件成本和功耗，因此提出一种有源RIS子连接架构，旨在满足车地通信中传输速率要求的同时兼顾系统的能量效率。首先，基于高铁场景的特殊性建立有源RIS辅助多用户的系统模型；其次，考虑基站最大发射功率约束、有源RIS发射功率约束和有源RIS相移矩阵约束，提出系统能量效率最大化问题，并通过使用分式规划理论中的拉格朗日对偶变换和二次变换，将上述非凸问题转化为凸优化问题；最后，提出一种联合发射波束成形和有源RIS相移矩阵的交替优化算法。仿真结果表明，相比传统无源RIS和有源RIS全连接架构方案，所提方案能有效解决“乘性衰落”问题，并且在满足用户传输速率的同时实现更高的能量效率。

Keywords

• 高速列车
• 智能超表面
• 子连接结构
• 波束成形
• 能量效率