Diseño conjunto de formación de haces y desplazamiento de fase para redes de modulación direccional asistidas por IRS híbridos y UAV
Autores: Dong, Rongen; He, Hangjia; Shu, Feng; Zhang, Qi; Chen, Riqing; Yan, Shihao; Wang, Jiangzhou
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño conjunto de formación de haces y desplazamiento de fase para redes de modulación direccional asistidas por IRS híbridos y UAV
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Superficies reflectantes inteligentes
Vehículos aéreos no tripulados
Sistemas de comunicación inalámbrica
IRS híbrido
Modulación direccional
Tasa alcanzable
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Recientemente, las superficies reflectantes inteligentes (IRS) y los vehículos aéreos no tripulados (UAV) se han integrado en sistemas de comunicación inalámbrica para mejorar el rendimiento de la transmisión aire-tierra. Para equilibrar bien el rendimiento, el costo y el consumo de energía, se investiga en este documento una red híbrida de modulación direccional (DM) asistida por IRS y UAV en la que el IRS híbrido consta de elementos reflectantes pasivos y activos. Nuestro objetivo fue maximizar la tasa alcanzable mediante el diseño conjunto de la formación de haces y la matriz de desplazamiento de fase (PSM) del IRS híbrido, sujeto a las restricciones de potencia y módulo unitario de los desplazamientos de fase del IRS pasivo. Para resolver el problema de optimización no convexa, se propone un esquema de alto rendimiento basado en aproximación convexa sucesiva y programación fraccionaria (FP) llamado la relación señal-ruido máxima (SNR)-FP (Max-SNR-FP). Dada su alta complejidad, proponemos un esquema de baja complejidad de reflexión de amplitud igual máxima SNR (EAR) (Max-SNR-EAR) basado en el método de relación señal-ruido de fuga máxima, y los criterios de alineación de fase y EAR. Dado que las matrices de desplazamiento de fase del IRS activo y pasivo de ambos esquemas se optimizan por separado, para investigar el efecto de optimizarlas conjuntamente para mejorar la tasa alcanzable, se propone un esquema de maximización de SNR de mayoración-minimización (MM) (Max-SNR-MM) utilizando el criterio MM para diseñar la PSM del IRS. Los resultados de simulación muestran que las tasas obtenidas por los tres métodos propuestos fueron ligeramente inferiores a las del IRS activo con mayor consumo de energía, que fueron un 35% superiores a las de un IRS sin y un IRS de fase aleatoria, mientras que el IRS pasivo logró solo aproximadamente un 17% de ganancia en la tasa sobre este último. Además, en comparación con el Max-SNR-FP, los métodos propuestos Max-SNR-EAR y Max-SNR-MM causaron una evidente degradación de la complejidad a costa de una ligera pérdida de rendimiento.
Descripción
Recientemente, las superficies reflectantes inteligentes (IRS) y los vehículos aéreos no tripulados (UAV) se han integrado en sistemas de comunicación inalámbrica para mejorar el rendimiento de la transmisión aire-tierra. Para equilibrar bien el rendimiento, el costo y el consumo de energía, se investiga en este documento una red híbrida de modulación direccional (DM) asistida por IRS y UAV en la que el IRS híbrido consta de elementos reflectantes pasivos y activos. Nuestro objetivo fue maximizar la tasa alcanzable mediante el diseño conjunto de la formación de haces y la matriz de desplazamiento de fase (PSM) del IRS híbrido, sujeto a las restricciones de potencia y módulo unitario de los desplazamientos de fase del IRS pasivo. Para resolver el problema de optimización no convexa, se propone un esquema de alto rendimiento basado en aproximación convexa sucesiva y programación fraccionaria (FP) llamado la relación señal-ruido máxima (SNR)-FP (Max-SNR-FP). Dada su alta complejidad, proponemos un esquema de baja complejidad de reflexión de amplitud igual máxima SNR (EAR) (Max-SNR-EAR) basado en el método de relación señal-ruido de fuga máxima, y los criterios de alineación de fase y EAR. Dado que las matrices de desplazamiento de fase del IRS activo y pasivo de ambos esquemas se optimizan por separado, para investigar el efecto de optimizarlas conjuntamente para mejorar la tasa alcanzable, se propone un esquema de maximización de SNR de mayoración-minimización (MM) (Max-SNR-MM) utilizando el criterio MM para diseñar la PSM del IRS. Los resultados de simulación muestran que las tasas obtenidas por los tres métodos propuestos fueron ligeramente inferiores a las del IRS activo con mayor consumo de energía, que fueron un 35% superiores a las de un IRS sin y un IRS de fase aleatoria, mientras que el IRS pasivo logró solo aproximadamente un 17% de ganancia en la tasa sobre este último. Además, en comparación con el Max-SNR-FP, los métodos propuestos Max-SNR-EAR y Max-SNR-MM causaron una evidente degradación de la complejidad a costa de una ligera pérdida de rendimiento.