RIS辅助的天地一体化信息网络高效传输机制研究.pdf
哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
预期未来对无线网络容量的需求飞速增长,随时随地的无线网络接入成为
现实,但此高成本的设施、高消耗的能源、高复杂度的接入与服务、密集建筑
物等造成的信号覆盖盲区增加、偏远受灾地区的覆盖问题等成为未来无线信息
网络需要面对的关键问题。
为了实现随时随地的愿景,本文以控制建设成本、提高传输频谱效率、提
高容量、提高服务质量为设计目标,研究了天地一体化信息网络的高效传输机
制,为天地一体化信息网络的建设以及网络中的高效传输提出了一种高效的思
路和方案。天地一体化信息网络是一种可以为用户终端提供全地形覆盖、高频
谱效率、高容量、高服务质量的信息传输的新型异构融合信息网络。为了更好
地建设天地一体化信息网络,本文引入可重构智能超表面(Reconfigurable
IntelligentSurface,RIS)以扩大信息网络的覆盖范围、提高信号质量、提高信
道利用率、提高频谱效率,实现绿色节能的信息传输。
本文的主要研究内容聚焦于天地一体化信息网络的下行链路的信息传输阶
段。为了实现信息网络的高效传输,传输机制的设计分为三个设计模块,包括
天地融合调配方案、地面信息网络高效传输方案以及卫星信息网络高效传输方
案。用户终端通过天地融合调配方案接入天地一体化信息网络中的卫星信息网
络或地面信息网络,随后分别在这两个网络中进行信息的高效传输。
在天地融合调配方案中,本文研究了用户终端在天地一体化信息网络中的
接入问题,提出了天地融合调配算法。天地融合调配算法分为天地融合预调配
算法和天地抛弃回传算法两部分,本文基于成本资费、信道质量、位置、优先
级等现实因素设计了天地融合预调配算法,基于抛弃因子设计了天地抛弃回传
算法,解决了调配算法中的有效性与计算复杂度的平衡问题以及频谱效率与服
务质量的平衡问题。
在地面信息网络高效传输方案中,本文研究了对接入地面信息网络的用户
终端的高效信息传输问题。通过采用RIS辅助无蜂窝网络结构,提出了地面信
息网络高效传输方案。地面信息网络高效传输方案中,本文提出了地面播种算
法解决资源域的分配问题;基于WSR-WMMSE(WeightedSumRate-Weighted
MinimizeMeanSquareError)思想解决RIS辅助的无蜂窝网络中的无线接入点
群的波束赋形问题;基于用户终端的贡献因子解决无线接入点的功率分配问题;
基于流行优化的思想解决RIS辅助的无蜂窝网络中RIS的信道调控方案的设计;
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最后,基于交替迭代(AlternativeOptimization,AO)的思想将无线接入点的波
束赋形方案、功率分配方案以及RIS的信道调控方案进行联合求解,获得最终
的地面信息网络的高效传输方案。
在卫星信息网络高效传输方案中,本文研究了对接入卫星信息网络的用户
终端的高效信息传输问题。通过采用RIS辅助多颗搭载相控阵天线的低轨卫星
进行协同信息传输的结构,提出了卫星信息网络高效传输方案。地面信息网络
高效传输方案中,本文提出了卫星动态群聚算法解决用户终端数目过载情况下
的资源域的分配问题;基于WSR-WMMSE思想解决RIS辅助的协同低轨卫星
的波束赋形问题;基于用户终端的贡献因子解决低轨卫星的功率分配问题;基
于流行优化的思想解决辅助协同低轨卫星信息传输的RIS的信道调控方案的设
计;最后,基于交替迭代的思想将协同低轨卫星的波束赋形方案、功率分配方
案以及RIS的信道调控方案进行联合求解,获得最终的卫星信息网络的高效传
输方案。
关键词:天地一体化信息网络;RIS;资源分配;高效传输
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Abstract
Thedemandforwireless