多跳 RIS 增强太赫兹通信：一种基于 DRL 的混合波束成形设计
信号处理
2022-06-23 v2 信息论
机器学习
math.IT
摘要
太赫兹频段（0.1--10 THz）的无线通信被设想为未来第六代（6G）无线通信系统的关键使能技术之一，其规模超越大规模多输入多输出（Massive-MIMO）技术。然而，太赫兹频率极高的传播衰减和分子吸收常常限制信号传输距离与覆盖范围。受益于近期可重构智能表面（RIS）在实现智能无线传播环境方面的突破，我们提出了一种用于多跳 RIS 辅助通信网络的新型混合波束成形方案，以提升太赫兹频段的覆盖范围。具体而言，部署多个无源可控 RIS 来辅助基站（BS）与多个单天线用户之间的传输。我们利用深度强化学习（DRL）的最新进展来对抗传播损耗，研究 BS 处数字波束成形矩阵与 RIS 处模拟波束成形矩阵的联合设计。为提升所提基于 DRL 算法的收敛性，随后设计了两种算法，利用交替优化技术初始化数字波束成形与模拟波束成形矩阵。仿真结果表明，与基准方案相比，我们所提方案能够将太赫兹通信覆盖范围提升 50%。此外，还表明我们所提基于 DRL 的方法是解决 NP 难波束成形问题的一种最优（state-of-the-art）方法，尤其在 RIS 辅助太赫兹通信网络信号经历多跳时。
引用
@article{arxiv.2101.09137,
title = {Multi-hop RIS-Empowered Terahertz Communications: A DRL-based Hybrid Beamforming Design},
author = {Chongwen Huang and Zhaohui Yang and George C. Alexandropoulos and Kai Xiong and Li Wei and Chau Yuen and Zhaoyang Zhang and Merouane Debbah},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.09137},
year = {2022}
}
备注
IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Special issue: TeraHertz Communications and Networking. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:2009.09380