RIS 辅助的无蜂窝大规模 MIMO 系统：发射波束成形与相移的联合设计
信息论
2021-12-14 v1 信号处理
math.IT
摘要
本文研究 RIS 辅助的无蜂窝大规模 MIMO 系统，其中部署多个 RIS 以辅助多个接入点（AP）与多个用户之间的通信，RIS 处采用连续或离散相移。我们提出最大最小公平性问题，通过在 AP 功率约束下联合优化有源 AP 处的发射波束成形和无源 RIS 处的相移，来最大化所有用户中的最小可达速率。为解决这一具有挑战性的问题，我们首先研究特殊的单用户场景，并提出一种算法，可将优化问题分别转化为连续相移和离散相移情形下的半定规划（SDP）或整数线性规划（ILP）。通过求解所得 SDP 和 ILP，我们首先获得最优相移，进而据此设计最优发射波束成形。为解决多用户场景且 RIS 为连续相移的优化问题，我们扩展单用户算法并提出一种交替优化算法，该算法可首先将最大最小公平性问题分解为与发射波束成形和相移相关的两个子问题，然后分别将这两个子问题转化为二阶锥规划和 SDP。对于多用户场景和离散相移，最大最小公平性问题被证明是一个混合整数非线性规划（MINLP）。为处理该问题，我们设计了一种基于 ZF 的逐次细化算法，可通过交替优化找到次优的发射波束成形和相移。数值结果表明，与随机相移和不使用 RIS 的基准方案相比，所提算法能显著提高所有用户的最小可达速率，尤其在每个 RIS 反射单元数量较大时。
引用
@article{arxiv.2112.06593,
title = {RIS-Aided Cell-Free Massive MIMO Systems: Joint Design of Transmit Beamforming and Phase Shifts},
author = {Si-Nian Jin and Dian-Wu Yue and Ha H. Nguyen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.06593},
year = {2021}
}
备注
13 pages, 10 figures. Submitted to IEEE for possible publication