Reconfigurable intelligent surface (RIS) have been cast as a promising alternative to alleviate blockage vulnerability and enhance coverage capability for terahertz (THz) communications. Owning to large-scale array elements at transceivers and RIS, the codebook based beamforming can be utilized in a computationally efficient manner. However, the codeword selection for analog beamforming is an intractable combinatorial optimization (CO) problem. To this end, by taking the CO problem as a classification problem, a multi-task learning based analog beam selection (MTL-ABS) framework is developed to implement multiple codeword selection tasks concurrently at transceivers and RIS and to accelerate the beam training process. In addition, residual network and self-attention mechanism are used to combat the network degradation and mine intrinsic THz channel features. Finally, the network convergence is analyzed from a blockwise perspective, and numerical results demonstrate that the MTL-ABS framework greatly decreases the beam training overhead and achieves near optimal sum-rate compared with heuristic search based counterparts.


翻译:可重构智能表面(RIS)被视为减轻太赫兹(THz)通信中阻塞漏洞和增强覆盖能力的有望替代方案。由于收发器和RIS具有大规模的阵列元素,因此可利用基于码本的波束成型以一种计算效率高且运算实用的方式进行。然而,模拟波束成型的码字选择是一个难以解决的组合优化(CO)问题。为此,将组合优化问题视为分类问题,开发了基于多任务学习的模拟波束选择(MTL-ABS)框架,以同时在发射机和RIS上执行多个码字选择任务,并加速波束训练过程。此外,使用残差网络和自注意机制来对抗网络退化并挖掘内在的THz信道特征。最后,从分块的角度分析了网络的收敛性,并数字结果证明,与基于启发式搜索的对应方案相比,MTL-ABS框架大大降低了波束训练开销,并实现了近乎最优的总速率。

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