Reconfigurable Intelligent Surface (RIS) is a revolutionizing approach to provide cost-effective yet energy-efficient communications. The transmit beamforming of the base station (BS) and discrete phase shifts of the RIS are jointly optimized to provide high quality of service. However, existing works ignore the high dependence between the large number of phase shifts and estimate them separately, consequently, easily getting trapped into local optima. To investigate the number and distribution of local optima, we conduct a fitness landscape analysis on the sum rate maximization problems. Two landscape features, the fitness distribution correlation and autocorrelation, are employed to investigate the ruggedness of landscape. The investigation results indicate that the landscape exhibits a rugged, multi-modal structure, i.e., has many local peaks, particularly in the cases with large-scale RISs. To handle the multi-modal landscape structure, we propose a novel niching genetic algorithm to solve the sum rate maximization problem. Particularly, a niching technique, nearest-better clustering, is incorporated to partition the population into several neighborhood species, thereby locating multiple local optima and enhance the global search ability. We also present a minimum species size to further improve the convergence speed. Simulation results demonstrate that our method achieves significant capacity gains compared to existing algorithms, particularly in the cases with large-scale RISs.


翻译:重新配置的智能表面(RIS)是一种革命性的方法,旨在提供具有成本效益但节能的通信。基站的传输波束和RIS的离散阶段转换被联合优化,以提供高质量的服务。然而,现有的工程忽略了大量阶段转移之间的高度依赖性,因此很容易被困在本地的园艺结构中。为了调查本地的园艺结构的数量和分布,我们进行了关于总比率最大化问题的健身景观分析。有两个景观特征,即健身分布相关性和自动连接,用来调查景观的崎岖不平。调查结果显示,地貌景观呈现了坚固的多模式结构,即许多地方峰值,特别是在大型RIS的情况下。为了处理多模式的园艺结构,我们建议一种新型的辛酸遗传算法,以解决总比率最大化问题。特别是,一种凝固技术,最接近的组合,是将人口分成若干邻近物种,从而将多地方的选址分布在多模式结构上,从而提升了全球的趋同能力。我们还提出了一种最起码的趋同方法,以提升了我们现有的能力,从而提高现有规模的检索能力。

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