主动式RIS与DF中继协作MIMO混合系统的可达速率分析与优化

摘要

可重构智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surfaces,RIS)可智能调控无线信道，为系统提供辅助传输路径．由于被动式RIS(Passive RIS,PRIS)的“乘性衰落”效应，使得现有的PRIS混合协作系统只能在直达链路弱场景下实现有限的容量增益．本文通过引入主动式RIS(Active RIS,ARIS )技术来克服“乘性衰落”效应，鉴于ARIS具有灵活的有源波束形成与信号调控、整体功耗较低、成本相对可控等优点，以及传统中继的稳定可靠性和已广泛部署等特点，建立ARIS与解码转发(Decodeand-Forward,DF )中继协作多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)混合系统．为最大化系统可达速率，构建了信源发射波束形成矩阵、中继发射波束形成矩阵和ARIS有源波束形成矩阵的联合优化问题模型，并提出一种基于交替优化(Alternating Optimization,AO)和分式规划(Fractional Programming,FP)的联合优化算法，将原始的联合优化问题解耦成多个标准的二次约束二次规划(Quadratically Constrained Quadratic Programming,QCQP)问题，最后采用拉格朗日乘子法进行求解．仿真结果表明，所提系统性能明显优于基准方案，且随着RIS反射单元数目增加，优势更明显．

关键词

主动可重构智能超表面 / 解码转发中继 / 有源波束形成 / 多输入多输出