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Energy-Efficient Power Control and Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Uplink IoT Networks

波束赋形 电信线路 计算机科学 无线数字码分多址 发射机功率输出 数学优化 最优化问题 电子工程 拓扑(电路) 电信 数学 预编码 算法 发射机 多输入多输出 工程类 频道(广播) 组合数学
作者
Jiao Wu,Seungnyun Kim,Byonghyo Shim
出处
期刊:IEEE Transactions on Wireless Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:21 (12): 10162-10176 被引量:17
标识
DOI:10.1109/twc.2022.3182773
摘要

Recently, reconfigurable intelligent surface (RIS), a planar metasurface consisting of a large number of low-cost reflecting elements, has received much attention due to its ability to improve both the spectrum and energy efficiencies by reconfiguring the wireless propagation environment. In this paper, we propose an RIS phase shift and BS beamforming optimization technique that minimizes the uplink transmit power of the RIS-aided IoT network. Key idea of the proposed scheme, referred to as Riemannian conjugate gradient-based joint optimization (RCG-JO), is to jointly optimize the RIS phase shifts and the BS beamforming vectors using the Riemannian conjugate gradient technique. By exploiting the product Riemannian manifold structure of the sets of unit-modulus phase shifts and unit-norm beamforming vectors, we convert the nonconvex uplink power minimization problem into the unconstrained problem and then find out the optimal solution over the product Riemannian manifold. From the performance analysis and numerical evaluations, we demonstrate that the proposed RCG-JO technique achieves 94% reduction of the uplink transmit power over the conventional scheme without RIS.
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