移动通信从第一代到第五代一直采用以基站为中心的蜂窝网技术，处于蜂窝边缘的用户通常会遭受严重的小区间干扰，这是整个系统容量提升的瓶颈。近些年，兴起了以用户为中心的组网范式，又被称为无蜂窝或去蜂窝通信，表现为多基站聚簇服务单用户。智能超表面（RIS）作为一种易部署和低功耗的设备，能够智能地调控无线信道，在超密集网络中可部分替代微蜂窝基站，有效降低系统功耗。在用户式中心网络中，由于基站不在划片式管理用户，B个基站和K个用户存在多维度多层次的连接关系，形成了节点平均度数增长B倍的基站和用户关联图。采用智能超表面代替部分基站可有效降低该关联图的节点平均度数。在智能超表面辅助的用户中心式网络中，一个核心问题是如何确立基站、智能超表面和用户的关联关系，同时基站的主动波束赋形和智能超表面的被动波束赋形同样对系统容量有着重要的影响。而且，用户关联和波束赋形存在着内在的耦合关系，即用户关联的确定可以驱动波束赋形中基站预编码向量和智能超表面阵元系数的设计；另外，基站和智能超表面的波束赋形会改变等效信道从而驱动用户关联关系的改进以提升系统容量。

用户中心式网络

成果介绍

虽然完全去蜂窝的网络可以减轻蜂窝边缘用户的小区间干扰。但完全去蜂窝网络中基站和用户的关联拓扑太复杂，在实际场景中部署完全去蜂窝网络具有挑战性。我们引入以用户为中心的网络，使每个用户都被有限数量的基站服务。智能表面作为一种低成本和低功耗的技术可嵌入用户中心式网络，以进一步提高系统性能。为解决该问题，我们在智能超表面辅助的用户中心式网络中对用户关联和波束赋形进行了联合优化。

（1）我们对用户中心式网络在用户关联、资源分配、信道估计三个方面的现有研究工作进行了简要调研，为智能超表面辅助的用户中心式网络研究打下坚实的基础，并明晰实际部署中可能遇到的难题与挑战。

（2）我们建立了智能超表面辅助的用户中心式网络谱效最大化问题。该问题为非凸问题，为了解决该问题，我们将其分为三个子问题，并提出了联合优化框架，设计了用户关联、基站主动波束赋形和智能超表面被动波束赋形的迭代收敛方法。

（3）结合智能超表面的被动波束赋形，我们提出了一种基于信道增益的用户关联方法，以构建高效动态的基站和用户关联关系。同时，我们采用分数规划的方法求解了主动和被动波束优化的子问题。仿真结果表明，与其他基准方案相比，所提出的联合优化框架可获得更好的谱效。

课题组简介

田中，男，博士，重庆大学微电子与通信工程学院助理研究员。分别于2014年和2019年在清华大学电子工程系获学士和博士学位。2019年到2020年任索尼中国研究院无线通信研究员，参与3GPP、CBRS、CCSA等协会通信标准制定工作，获得索尼标准化工作突出贡献奖。主要研究领域为智能超表面辅助通信技术及其在认知网络中的应用、非正交多址接入、下一代电视白频谱技术、基于区块链的频谱共享技术等。现为IEEE会员和智能超表面技术联盟（RISTA）成员，担任IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking、IEEE Wireless Communications Letters和IEEE Communications Letters等期刊的特邀审稿人。

陈正川，男，博士，重庆大学“百人计划”特聘研究员，博/硕士生导师。曾获得通信领域国际学术旗舰期刊IEEE Transactions on Communications “杰出评审奖”，移动车载领域国际会议International Workshop on High Mobility Wireless Communications“最佳论文奖”。分别于2010年和2015年在南开大学和清华大学获学士和博士学位；博士期间，曾赴香港中文大学网络编码研究所任研究助理，赴美国佛罗里达大学电子与计算机工程系联合培养；随后赴新加坡科技设计大学担任博士后研究员，从事5G移动通信系统关键技术的研究。近年来，一直从事信息论、统计理论、优化理论在无线通信、移动计算等方面的研究，具体包括超可靠低时延通信、信息时效性、海量随机接入等。

文章来源

Y. Yao, Z. Tian, Z. Chen, M. Wang and Y. Jia, "Joint association and beamforming optimization in reconfigurable intelligent surface-enhanced user-centric networks," in Intelligent and Converged Networks, vol. 3, no. 4, pp. 340-350, 2022

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