【具有离散信号的可重构智能表面(RIS)辅助通信系统中】通过截断速率优化RIS辅助MIMO系统研究(Matlab代码实现)
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目录
💥1 概述
摘要：在具有离散信号的可重构智能表面（RIS）辅助通信系统中，优化互信息（MI）的主要困难在于无法以分析可处理的方式来表述这一优化问题。因此，我们建议使用截断速率（CR）作为更易处理的度量来优化MI，并引入两种优化方法来最大化CR，假设对信道状态信息（CSI）具有完美的了解。第一种方法基于投影梯度法（PGM），而第二种方法源自于连续凸逼近原理（SCA）。模拟结果表明，所提出的优化方法显著提高了CR和相应的MI。
最近开发的可重构智能表面（RIS）具有塑造和控制无线网络中的无线电波传播的潜力，使其成为未来5G以后通信系统的有前途的候选者。RIS由大量小型、低成本和几乎被动的元素组成，每个元素都可以通过可调相移反射入射信号，从而改变散射波的波前[1]。改变反射信号的波前使我们能够塑造无线电波通过信道的传播方式，从而改善可实现的速率等关键系统性能指标。这一领域的主要研究工作集中在单用户[2]和多用户[3]多输入单输出（MISO）通信系统的可实现速率优化上。另一个重要的研究方向是针对装备有RIS的多输入多输出（MIMO）系统的可实现速率优化，包括单用户[4]、[5]和多用户[6]、[7]通信。在上述论文中，传输符号按照圆对称复高斯分布进行分布，这是一种容量实现分布。然而，在实践中，传输符号通常是从离散信号星座中选择的，因此目前的解决方案无法用于在实际RIS辅助通信系统中建立可实现数据速率的现实界限。
📚2 运行结果
可视化代码：
diagnotics = optimize(abs(mytheta_variable)<=1,obj,solversettings);
if(diagnotics.problem==0)
mytheta = value(mytheta_variable);
end
objSCA(iSCA+1) = 2*double(obj)+Ns;
objSCA_MI(iSCA+1) = computeMI((Hdirt + H2t*diag(mytheta)*H1t)*P*x,N0);
end
plot(1:length(objSCA),-log2(objSCA/Ns^2),'r','DisplayName','$R_0$, SCA');
hold on
plot(1:length(objSCA_MI),objSCA_MI,'r--','DisplayName','MI, SCA');
xlabel('Iteration'); ylabel('Cut-off rate / MI [bpcu]');
legend('show','Location','SouthEast','Interpreter','latex');
部分代码：
no_mat = 1; % number of channel realizations
K = 1; % Rician K factor
f = 2000e6; % frequency
dist_ris = 30;
N0 = db2pow(-110); % noise power
M = 4; % modulation order QPSK
alpha_dir = 3; % path loss exponent of the direct link
Pow = Nr; % preconding matrix power constrain
nSCAiter = 20;
Ns = M^Nr;
🎉3 参考文献
文章中一些内容引自网络，会注明出处或引用为参考文献，难免有未尽之处，如有不妥，请随时联系删除。
[1]Nemanja Stefan Perović, Le-Nam Tran, Marco Di Renzo, Mark F. Flanagan (2023) Optimization of RIS-aided MIMO Systems via the Cutoff Rate