Jointly power allocation and phase shift optimization for RIS empowered downlink cellular networks
- 1. Ho Chi Minh City University of Technology
- 2. Queen's University Belfast
Description
Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS) have been highlighted by the research community as a key enabling technology for the enhancement of next-generation wireless network performance, including energy efficiency, spectral efficiency, and network throughput. This paper investigates how RIS-assisted communication can effectively maximize the downlink throughput of a cellular network. Specifically, the paper considers a communication scenario where a single base station serves multiple ground users with the aid of an RIS placed on a building facade. For such a communication scenario, we considered an optimization problem aimed at maximizing the overall downlink throughput by jointly optimizing power allocation at the base station and phase shift of RIS reflecting elements, subject to power consumption and quality-of-service constraints. To address its non-convex nature, the original optimization problem has been divided into two subproblems. The first one, for power control with fixed phase shift values, is a convex problem that can be easily solved. Subsequently, a phase shift searching procedure to solve the non-convex problem of RIS phase shift optimization has been adopted. The results from numerical simulations show that the proposed method outperforms other conventional methods proposed in the literature. In addition, computational complexity analysis has been conducted to prove the low complexity of the proposed method.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تم تسليط الضوء على الأسطح الذكية القابلة لإعادة التشكيل (RIS) من قبل مجتمع البحث كتكنولوجيا تمكينية رئيسية لتعزيز أداء الشبكة اللاسلكية من الجيل التالي، بما في ذلك كفاءة الطاقة والكفاءة الطيفية وإنتاجية الشبكة. تبحث هذه الورقة كيف يمكن للاتصالات بمساعدة RIS أن تزيد بشكل فعال من إنتاجية الوصلة الهابطة للشبكة الخلوية. على وجه التحديد، تنظر الورقة في سيناريو اتصال حيث تخدم محطة أساسية واحدة مستخدمين أرضيين متعددين بمساعدة RIS موضوعة على واجهة مبنى. بالنسبة لسيناريو الاتصال هذا، اعتبرنا مشكلة تحسين تهدف إلى زيادة إنتاجية الوصلة الهابطة الإجمالية إلى أقصى حد من خلال التحسين المشترك لتخصيص الطاقة في المحطة الأساسية وتحول الطور لعناصر RIS العاكسة، مع مراعاة استهلاك الطاقة وقيود جودة الخدمة. لمعالجة طبيعتها غير المحدبة، تم تقسيم مشكلة التحسين الأصلية إلى مشكلتين فرعيتين. الأول، للتحكم في الطاقة مع قيم إزاحة الطور الثابتة، هو مشكلة محدبة يمكن حلها بسهولة. في وقت لاحق، تم اعتماد إجراء البحث عن إزاحة الطور لحل المشكلة غير المحدبة لتحسين إزاحة الطور RIS. تُظهر نتائج المحاكاة العددية أن الطريقة المقترحة تتفوق على الطرق التقليدية الأخرى المقترحة في الأدبيات. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تحليل التعقيد الحسابي لإثبات انخفاض تعقيد الطريقة المقترحة.Translated Description (French)
Les surfaces intelligentes reconfigurables (SIF) ont été soulignées par la communauté des chercheurs comme une technologie habilitante clé pour l'amélioration des performances du réseau sans fil de prochaine génération, y compris l'efficacité énergétique, l'efficacité spectrale et le débit du réseau. Cet article examine comment la communication assistée par ris peut efficacement maximiser le débit de liaison descendante d'un réseau cellulaire. Plus précisément, le document considère un scénario de communication dans lequel une seule station de base dessert plusieurs utilisateurs au sol à l'aide d'un ris placé sur une façade de bâtiment. Pour un tel scénario de communication, nous avons considéré un problème d'optimisation visant à maximiser le débit global de la liaison descendante en optimisant conjointement l'allocation de puissance à la station de base et le déphasage des éléments réfléchissants ris, sous réserve des contraintes de consommation d'énergie et de qualité de service. Pour remédier à sa nature non convexe, le problème d'optimisation d'origine a été divisé en deux sous-problèmes. Le premier, pour le contrôle de puissance avec des valeurs de déphasage fixes, est un problème convexe qui peut être facilement résolu. Par la suite, une procédure de recherche de déphasage pour résoudre le problème non convexe de l'optimisation du déphasage ris a été adoptée. Les résultats des simulations numériques montrent que la méthode proposée surpasse les autres méthodes conventionnelles proposées dans la littérature. En outre, une analyse de complexité computationnelle a été menée pour prouver la faible complexité de la méthode proposée.Translated Description (Spanish)
Las superficies inteligentes reconfigurables (RIS) han sido destacadas por la comunidad investigadora como una tecnología habilitadora clave para mejorar el rendimiento de la red inalámbrica de próxima generación, incluida la eficiencia energética, la eficiencia espectral y el rendimiento de la red. Este documento investiga cómo la comunicación asistida por RIS puede maximizar de manera efectiva el rendimiento del enlace descendente de una red celular. Específicamente, el documento considera un escenario de comunicación donde una sola estación base sirve a múltiples usuarios de tierra con la ayuda de un RIS colocado en la fachada de un edificio. Para tal escenario de comunicación, consideramos un problema de optimización destinado a maximizar el rendimiento general del enlace descendente mediante la optimización conjunta de la asignación de energía en la estación base y el cambio de fase de los elementos reflectantes de RIS, sujeto al consumo de energía y las restricciones de calidad de servicio. Para abordar su naturaleza no convexa, el problema de optimización original se ha dividido en dos subproblemas. El primero, para el control de potencia con valores de desplazamiento de fase fijos, es un problema convexo que se puede resolver fácilmente. Posteriormente, se ha adoptado un procedimiento de búsqueda de desplazamiento de fase para resolver el problema no convexo de la optimización de desplazamiento de fase RIS. Los resultados de las simulaciones numéricas muestran que el método propuesto supera a otros métodos convencionales propuestos en la literatura. Además, se ha realizado un análisis de complejidad computacional para demostrar la baja complejidad del método propuesto.Files
2747.pdf
Files
(1.5 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:1ce099bd4b5db5b9d92504f1a7db098a
|
1.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تخصيص الطاقة بشكل مشترك وتحسين تحول الطور للشبكات الخلوية ذات الوصلة الهابطة التي تدعم RIS
- Translated title (French)
- Allocation de puissance conjointe et optimisation du déphasage pour les réseaux cellulaires de liaison descendante habilités par ris
- Translated title (Spanish)
- Asignación conjunta de energía y optimización de cambio de fase para redes celulares de enlace descendente habilitadas para RIS
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4389555745
- DOI
- 10.4108/eetinis.v10i4.4359
References
- https://openalex.org/W2031834036
- https://openalex.org/W2289204537
- https://openalex.org/W2412503523
- https://openalex.org/W2792347854
- https://openalex.org/W2891904594
- https://openalex.org/W2950077417
- https://openalex.org/W2968810373
- https://openalex.org/W2969424089
- https://openalex.org/W2978495917
- https://openalex.org/W2995554704
- https://openalex.org/W2996961035
- https://openalex.org/W3000577820
- https://openalex.org/W3005476696
- https://openalex.org/W3022272562
- https://openalex.org/W3025598106
- https://openalex.org/W3027321015
- https://openalex.org/W3035049807
- https://openalex.org/W3038534820
- https://openalex.org/W3042544305
- https://openalex.org/W3043981101
- https://openalex.org/W3045494177
- https://openalex.org/W3047031708
- https://openalex.org/W3093929720
- https://openalex.org/W3094186382
- https://openalex.org/W3100536113
- https://openalex.org/W3122298886
- https://openalex.org/W3122864568
- https://openalex.org/W3127184233
- https://openalex.org/W3160812247
- https://openalex.org/W3176423013
- https://openalex.org/W3188962160
- https://openalex.org/W3189642105
- https://openalex.org/W3193197771
- https://openalex.org/W4211195223
- https://openalex.org/W4285257541
- https://openalex.org/W4285284307
- https://openalex.org/W4293143556
- https://openalex.org/W4309003910
- https://openalex.org/W4315629597
- https://openalex.org/W4365147876
- https://openalex.org/W4378711279
- https://openalex.org/W4385989164