تخصيص منابع انرژي-كارآمد براي شبكه داخل ساختمان موج ميلي‌متري مجهز به چندين سطح بازتابنده هوشمند

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

برق

كارشناسي ارشد

نيازمندي‌هاي بسيار پرتقاضاي نرخ داده شبكه‌هاي بي‌سيم در حال ظهور (نسل پنجم (5G) و فراتر از آن)، نگراني‌هاي جدي در مورد مصرف انرژي آن‌ها ايجاد كرده است. در نتيجه، بهره‌وري انرژي بيت بر ژول (EE) به عنوان يك شاخص عملكرد كليدي براي تضمين شبكه‌هاي بي‌سيم سبز و پايدار ظاهر شده است. در ميان رويكردهاي پياده‌شده در فرستنده يا گيرنده كه نامزدهايي براي ارتباطات سبز هستند، يك فناوري سخت‌افزاري اخيراً در حال ظهور مناسب براي كاهش قابل‌توجه مصرف انرژي، سطح بازتابنده هوشمند (IRS) است. سطح بازتابنده هوشمند، با ارتقاء رويكردهاي سنتي در قبال كانال‌هاي ارتباطي بي‌سيم، از «انطباق با كانال‌هاي بي‌سيم» به «ايجاد محيط بي‌سيم هوشمند»، به عنوان يك فناوري دگرگون‌ساز در ارتباطات بي‌سيم در نظر گرفته شده است. به طور خاص، يك IRS از تعداد زيادي جزء غيرفعال كم‌هزينه تشكيل شده است كه هر كدام مي‌تواند سيگنال تابيده شده را به طور مستقل با يك تغيير فاز قابل تنظيم بازتاب كند تا به طور مشترك به شكل‌دهي پرتو غيرفعال سه بعدي (3D) بدون نياز به هيچ‌گونه زنجيره‌هاي ارسال فركانس-راديويي (RF) در IRSها دست يابند. در اين پژوهش، يك چارچوب جديد براي بهينه‌سازي تخصيص منابع انرژي-كارآمد در ارتباطات موج ميلي‌متري (mmWave) براي ارسال فروسوي مجهز به چند IRS از سمت نقطه دسترسي (AP) به كاربران، پيشنهاد شده‌است. در اين شبكه، ما مسئله تخصيص منابع را به عنوان يك مسئله بهينه‌سازي MINLP براي به حداكثر رساندن بهره‌وري انرژي به شرط محدوديت‌هاي نسبت سيگنال به تداخل به اضافه نويز (SINR) فرموله مي‌كنيم. به منظور حل اين مسئله، سه راه‌حل زيربهينه دو مرحله‌اي به ترتيب براي چيدمان تك-كاربره، شامل راه‌حل‌هاي متمركز و توزيع‌شده و راه‌حل مبتني بر برنامه ريزي كسري (FP) چند-كاربره پيشنهاد مي‌شود. ابتدا يك الگوريتم متمركز بر اساس ترفند آزادسازي نيمه معين (SDR) پيشنهاد مي‌كنيم. همچنين يك الگوريتم توزيع‌شده با پيچيدگي كم پيشنهاد مي‌كنيم كه در آن AP و IRS به طور مستقل شكل‌دهي پرتو ارسال و ضرايب شيفت فاز را به صورت پشت‌سرهم تا رسيدن به همگرايي تنظيم مي‌كنند. در چيدمان چند-كاربره، در مرحله اول، رويكردهاي تقريب محدب متوالي (SCA) و FP براي دستيابي به يك راه‌حل براي زيرمسئله ضرايب شيفت فازي و بهينه‌سازي بردار روشن-خاموش اجزاي IRS اعمال مي‌شوند. سپس در مرحله دوم، براي زيرمسئله شكل‌دهي پرتو، يك رويكرد FP بسيار كارآمد پيشنهاد مي‌شود كه مي‌تواند يك راه‌حل بهينه براي بردار شكل‌دهي پرتو AP پيدا كند. نشان داده مي‌شود كه رويكرد پيشنهادي مي‌تواند بهره‌وري انرژي را به ترتيب تا بيش از 55%، 42% و 984% براي الگوريتم‌هاي متمركز، توزيع‌شده (براي مورد تك-كاربره) و مبتني بر FP (براي مورد چند-كاربره) در مقايسه با چيدماني كه نه تخصيص اجزاي IRSها و نه شيفت فازي‌هاي آن‌ها بهينه است، بهبود بخشد.

218997

مخابرات سيستم

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان