面向可持续抗灾无线网络的节能空基RIS辅助设备到设备通信

《IEEE Open Journal of Vehicular Technology》：Energy-Efficient Aerial RIS-Assisted D2D Communications for Sustainable Disaster-Resilient Wireless Networks

　　

摘要：

在受灾地区，地面通信基础设施往往遭受严重破坏或无法使用，使得快速恢复可靠连接成为一项关键挑战。设备到设备（D2D）通信作为一种有前景的解决方案，能够在不依赖固定基础设施的情况下实现附近用户之间的直接通信。然而，其性能通常受到严重路径损耗、覆盖范围有限以及遮挡环境中链路不可靠等因素的限制。为了克服这些局限性，本文提出了一种空中可重构智能表面（ARIS）辅助的D2D通信框架，该框架能够提升灾后场景中的网络韧性、覆盖范围和能量效率。在所提出的系统中，配备RIS的无人飞行器平台动态调整反射系数，以建立有利的传播条件并提高D2D链路的可靠性。在实际衰落条件下，推导了关键性能指标（包括中断概率、覆盖概率和平均符号误码率）的闭式解析表达式。此外，还进行了渐近分析，以揭示系统参数对网络性能的影响。为了进一步提高系统可持续性，通过联合优化无人飞行器的位置、ARIS的相位偏移和发射功率，建立了能量效率最大化问题。仿真结果验证了解析推导的准确性，并表明所提出的ARIS辅助D2D框架在通信可靠性和能量效率方面显著提升了性能，使其成为具有前景的绿色通信解决方案，适用于具有弹性的灾害响应网络。此外，仿真结果表明，与单无人机基线相比，部署5架无人机时发射功率可降低高达12.5 dBm，同时获得显著的能量效率提升。