30899

بهينه‌سازي توام ضرايب انعكاس‌، موقعيت پهپادها و بردارهاي شكل‌دهي پرتو ايستگاه پايه براي سطوح انعكاسي هوشمند چندپهپادي

كارشناسي ارشد

مهندسي برق- مخابرات سيستم

1400

1403/02/30

دكتر سيد محمد رضوي‌زاده

دكتر شاهرخ فرهمند

مهندسي برق

در ارتباطات نسل ششم با بالا رفتن فركانس كاري، ايجاد ارتباط خط ديد مستقيم بين فرستنده و گيرنده اهميت زيادي پيدا مي‌كند. سطوح انعكاسي هوشمند در شرايطي كه كانال ارتباطي كيفيت مناسبي نداشته باشد، مي‌توانند با ايجاد يك مسير جايگزين كانال ارتباطي بين فرستنده و گيرنده را بهبود بخشند. تحرك كاربران و به طور كلي تغيير و پويايي كانال بي‌سيم موجب اهميت در نظر گرفتن موقعيت مناسب براي نصب سطح انعكاسي هوشمند در محيط مي‌شود. با اين وجود در صورت نصب اين سطوح بر روي ساختمان‌ها امكان تغيير موقعيت آن‌ها در صورت نياز، وجود ندارد. نصب اين سطوح بر روي پهپادها، با توجه به ارتفاع بالاي ‌آن‌ها، موجب مي‌شود احتمال وجود كانال‌هاي مسير مستقيم براي سطوح انعكاسي بالا برود و همچنين بتوان در صورت نياز سطح را در نقطه بهينه خود مستقر كرد. اين پايان‌نامه به بيشينه‌سازي ميانگين نرخ مجموع در يك شبكه مخابراتي موج ميليمتري بيسيم، بر حسب ضرايب انعكاسي سطوح انعكاسي هوشمند، ماتريس شكل‌دهي پرتو و موقعيت سطوح انعكاسي هوشمند مي‌پردازد. براي بيشينه‌سازي ميانگين نرخ مجموع از الگوريتم بهينه‌سازي گراديان تصادفي بلوكي (BSG) اصلاح شده، استفاده شده است. همچنين با در نظر گرفتن فرض‌هاي عملي نظير گسستگي شيفت فاز المان‌هاي سطوح انعكاسي، عدم امكان حمل يك سطح بزرگ توسط پهپاد، حداقل فاصله پهپادها و تصادفي بودن كانال، مسئله‌ي مورد بررسي به سناريوهاي واقعي نزديك‌تر شده است. در نظر گرفتن فرض تصادفي بودن كانال موجب عملكرد مقاوم روش بهينه‌سازي معرفي شده در حالتي كه اطلاعات كانال وجود ندارد، مي‌‌شود. نصب سطح انعكاسي هوشمند بر روي پهپاد در مقايسه با نصب آن بر روي ديوارها علاوه بر گسترش ناحيه پوشش، موجب يك درجه آزادي عمل براي بهينه‌سازي محل استقرار سطح انعكاسي- با توجه به ماهيت پوياي كانال انتشاري- مي‌شود. پخش كردن چند سطح انعكاسي كوچك‌تر بر روي چندين پهپاد به جاي يك سطح انعكاسي بزرگ بر روي يك پهپاد، علاوه بر واقعي‌تر كردن مسئله باعث ايجاد يك تنوع فضايي و بهبود حداقل نرخ كاربران مي‌شود. در نتيجه عدالت در تقسيم نرخ بين كاربران رعايت مي‌شود. نتايج به دست آمده و مقايسه آن با ساير الگوريتم‌ها و مسائل مشابه نشانگر كارآمد بودن روش پيشنهادي در اين پايان‌نامه مي‌باشد.

1403/03/06

Joint reflection coefficients, UAV positions and beamforming vectors optimization for swarm UAV-IRS systems

5/19/2025 12:00:00 AM

This thesis Aims to maximize the ergodic sum rate of a millimeter-wave wireless communication system with respect to optimization variables: Beamforming matrix, Aerial RIS reflection coefficients and RIS positions. A modified BSG algorithm is adopted to solve this multi-variable, nonconvex, stochastic optimization problem. Also, taking the practical constraints such as discrete phase shift of RIS elements, minimum distance between UAVs and the randomness of the channel into consideration, makes the problem of this thesis close to a real-world challenge and solution. Assuming the channel to be stochastic, makes the algorithm robust to the scenarios where there is no perfect CSI at BS side. Equipping a UAV with RIS, compared to installing the RIS on a wall or any fixed location, provides two major advantages, better coverage and a DoF to optimize the position of the RIS given the dynamic nature of the propagation environment and as a result, wireless channel. Distributing the RISs and putting them on several UAVs instead of equipping a single UAV with a large RIS, has two main motivations, it is more realistic since the UAVs have limitations on the payload they can carry and also the distribution provides more DoF by creating a spatial diversity instead of concentrating the RIS on a single location. This improves the fairness in the sense of minimum achievable rate among users. Simulation results and comparing them with previous methods shows the superiority of our method introduced in this thesis.

سطوح انعكاسي هوشمند , بهينه‌سازي , شكل‌دهي پرتو

Reconfigurable Intelligent Surface (RIS) , Convex Optimization , رBeamforming

Alireza Navi

Dr. S. Mohammad Razavizadeh