用于基于RIS的下行多播的快速且可扩展的波束成形技术

《Journal of Web Engineering》：Fast and Scalable Beamforming for RIS-Assisted Downlink Multicasting

　　

摘要：

本文研究了通过可重构智能表面（RIS）辅助的下行多组多播技术。我们开发了一种快速且可扩展的算法，用于基站（BS）和RIS的联合波束成形优化，以在满足用户服务质量（QoS）目标的同时最小化发射功率。通过分析QoS约束的结构，我们重新制定了问题，并表明联合波束成形优化本质上包括BS的多播波束成形QoS问题和RIS的被动多播波束成形最大最小公平（MMF）问题。我们提出了一种快速的交替多播波束成形（AMBF）算法，可以有效交替解决这两个子问题。对于BS的多播子问题，我们利用最优的多播波束成形结构来高效确定BS的波束成形器。对于RIS的多播子问题，我们重新制定了MMF问题，并应用了一阶投影次梯度算法（PSA），该算法可得到简单的闭式更新。AMBF算法的计算复杂度随RIS元素数和BS天线数量的增加而线性增长。我们进一步考虑了在BS发射功率预算限制下，基于加权MMF设计目标的BS和RIS联合波束成形问题。我们提出了一种交替PSA（APSA）快速算法来计算BS和RIS的波束成形解。APSA每次迭代仅包含闭式更新，从而在RIS元素数和BS天线数量上实现线性计算复杂度。仿真结果表明，与替代方法相比，我们提出的算法在性能和计算成本方面具有优越性。