Baja resolución optimización para una red de comunicación de vehículos aéreos no tripulados bajo una superficie inteligente reconfigurable pasiva y una superficie inteligente reconfigurable activa
Autores: Yang, Qiangqiang; Chen, Yufeng; Huang, Zhiyu; Yu, Hongwen; Fang, Yong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Baja resolución optimización para una red de comunicación de vehículos aéreos no tripulados bajo una superficie inteligente reconfigurable pasiva y una superficie inteligente reconfigurable activa
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Optimización
Vehículo aéreo no tripulado
Múltiples usuarios
Superficie inteligente reconfigurable
Diseño de trayectoria
Algoritmo de baja complejidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 36
Citaciones: Sin citaciones
Este documento investiga la optimización de una red de vehículos aéreos no tripulados (UAV) que sirve a múltiples usuarios de enlace descendente equipados con antenas individuales. La red se mejora mediante el despliegue de una superficie inteligente reconfigurable (RIS) pasiva o un RIS activo. El objetivo es diseñar conjuntamente la trayectoria del UAV y los coeficientes programables de baja cantidad de bits y cuantificados del RIS para maximizar la tasa de usuario mínima en un escenario de múltiples usuarios. Para abordar este desafío de optimización, se emplea un marco de optimización alternante, aprovechando el método de aproximación convexa sucesiva (SCA). Específicamente, para el diseño de la trayectoria del UAV, el problema de optimización no convexo original se reformula en un problema convexo equivalente mediante la introducción de variables de holgura y aproximaciones apropiadas. Por otro lado, para el diseño de coeficientes programables del RIS, se desarrolla un algoritmo eficiente utilizando un enfoque de aproximación basado en penalizaciones. Para resolver los problemas con la optimización propuesta, se utilizan herramientas de optimización de alto rendimiento como CVX, a pesar de su alta complejidad temporal asociada. Para mitigar esta complejidad, se adapta específicamente un algoritmo de baja complejidad para la optimización de elementos reflectantes programables del RIS pasivo. Este algoritmo se basa únicamente en expresiones en forma cerrada para generar puntos factibles mejorados, reduciendo así la carga computacional manteniendo un rendimiento razonable. Se crean simulaciones extensas para validar el rendimiento de los algoritmos propuestos. Los resultados demuestran que el enfoque basado en RIS activo supera al enfoque basado en RIS pasivo. Además, para los algoritmos basados en RIS pasivo, la variante de baja complejidad logra una complejidad temporal reducida con una pérdida moderada en el rendimiento.
Descripción
Este documento investiga la optimización de una red de vehículos aéreos no tripulados (UAV) que sirve a múltiples usuarios de enlace descendente equipados con antenas individuales. La red se mejora mediante el despliegue de una superficie inteligente reconfigurable (RIS) pasiva o un RIS activo. El objetivo es diseñar conjuntamente la trayectoria del UAV y los coeficientes programables de baja cantidad de bits y cuantificados del RIS para maximizar la tasa de usuario mínima en un escenario de múltiples usuarios. Para abordar este desafío de optimización, se emplea un marco de optimización alternante, aprovechando el método de aproximación convexa sucesiva (SCA). Específicamente, para el diseño de la trayectoria del UAV, el problema de optimización no convexo original se reformula en un problema convexo equivalente mediante la introducción de variables de holgura y aproximaciones apropiadas. Por otro lado, para el diseño de coeficientes programables del RIS, se desarrolla un algoritmo eficiente utilizando un enfoque de aproximación basado en penalizaciones. Para resolver los problemas con la optimización propuesta, se utilizan herramientas de optimización de alto rendimiento como CVX, a pesar de su alta complejidad temporal asociada. Para mitigar esta complejidad, se adapta específicamente un algoritmo de baja complejidad para la optimización de elementos reflectantes programables del RIS pasivo. Este algoritmo se basa únicamente en expresiones en forma cerrada para generar puntos factibles mejorados, reduciendo así la carga computacional manteniendo un rendimiento razonable. Se crean simulaciones extensas para validar el rendimiento de los algoritmos propuestos. Los resultados demuestran que el enfoque basado en RIS activo supera al enfoque basado en RIS pasivo. Además, para los algoritmos basados en RIS pasivo, la variante de baja complejidad logra una complejidad temporal reducida con una pérdida moderada en el rendimiento.