Active reconfigurable intelligent surfaces (RISs) have recently been proposed to compensate for the severe multiplicative fading effect of conventional passive RIS-aided systems. Each reflecting element of active RISs is assisted by an amplifier such that the incident signal can be reflected and amplified instead of only being reflected as in passive RIS-aided systems. This work addresses the practical challenge that, on the one hand, in active RIS-aided systems the perfect individual CSI of the RIS-aided channels cannot be acquired due to the lack of signal processing power at the active RISs, but, on the other hand, this CSI is required to calculate the expected system data rate and RIS transmit power needed for transceiver design. To address this issue, we first derive closed-form expressions for the average achievable rate and the average RIS transmit power based on partial CSI of the RIS-aided channels. Then, we formulate an average achievable rate maximization problem for jointly optimizing the active beamforming at both the base station (BS) and the RIS. This problem is then tackled using the majorization--minimization (MM) algorithm framework, and, for each iteration, semi-closed-form solutions for the BS and RIS beamforming are derived based on the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions. To ensure the quality of service (QoS) of each user, we further formulate a rate outage constrained beamforming problem, which is solved using the Bernstein-Type inequality (BTI) and semidefinite relaxation (SDR) techniques. Numerical results show that the proposed algorithms can efficiently overcome the challenges imposed by imperfect CSI in active RIS-aided wireless systems.


翻译:近期提出的主动可重构智能表面(RIS)旨在弥补传统无源RIS辅助系统中严重的乘性衰落效应。主动RIS的每个反射单元由放大器辅助,使入射信号不仅能像无源RIS系统那样被反射,还能被放大。本文针对以下实际挑战展开研究:一方面,在主动RIS辅助系统中,由于主动RIS缺乏信号处理能力,无法获取RIS辅助信道的完美个体信道状态信息(CSI);另一方面,收发机设计需要该CSI来计算预期系统数据速率和RIS发射功率。为解决这一问题,我们首先基于RIS辅助信道的部分CSI,推导了平均可达速率和平均RIS发射功率的闭式表达式。随后,我们构建了一个平均可达速率最大化问题,以联合优化基站(BS)和RIS处的主动波束成形。该问题采用最大最小化(MM)算法框架求解,每轮迭代中基于卡罗需-库恩-塔克(KKT)条件导出BS和RIS波束成形的半闭式解。为保障各用户的服务质量(QoS),我们进一步构建了速率中断约束下的波束成形问题,并利用伯恩斯坦型不等式(BTI)和半定松弛(SDR)技术求解。数值结果表明,所提算法能有效克服主动RIS辅助无线系统中非完美CSI带来的挑战。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年9月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年4月12日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
4+阅读 · 6月6日
《国防领域安全采用大语言模型的战略蓝图》
专知会员服务
7+阅读 · 6月6日
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
7+阅读 · 6月5日
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
7+阅读 · 6月5日
人工智能重塑威慑:算法优势的兴起
专知会员服务
8+阅读 · 6月5日
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
17+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
14+阅读 · 6月4日
相关VIP内容
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年9月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员