The integration of a near-space information network (NSIN) with the reconfigurable intelligent surface (RIS) is envisioned to significantly enhance the communication performance of future wireless communication systems by proactively altering wireless channels. This paper investigates the problem of deploying a RIS-integrated NSIN to provide energy-efficient, ultra-reliable and low-latency communications (URLLC) services. We mathematically formulate this problem as a resource optimization problem, aiming to maximize the effective throughput and minimize the system power consumption, subject to URLLC and physical resource constraints. The formulated problem is challenging in terms of accurate channel estimation, RIS phase alignment, theoretical analysis, and effective solution. We propose a joint resource allocation algorithm to handle these challenges. In this algorithm, we develop an accurate channel estimation approach by exploring message passing and optimize phase shifts of RIS reflecting elements to further increase the channel gain. Besides, we derive an analysis-friend expression of decoding error probability and decompose the problem into two-layered optimization problems by analyzing the monotonicity, which makes the formulated problem analytically tractable. Extensive simulations have been conducted to verify the performance of the proposed algorithm. Simulation results show that the proposed algorithm can achieve outstanding channel estimation performance and is more energy-efficient than diverse benchmark algorithms.


翻译:本文探讨了将可重构智能表面(RIS)与近空间信息网络(NSIN)相整合,通过主动调整无线信道,显著提升未来无线通信系统的通信性能的可能性。我们研究了部署一个RIS整合的NSIN以提供能源高效、超高可靠性低时延通信(URLLC)服务的问题。我们的数学模型将其作为一个资源优化问题,旨在最大化有效吞吐量和最小化系统功耗,具有包络URLLC和物理资源限制。该问题在准确的信道估计、RIS相位调整、理论分析和有效解决方案方面都很具有挑战性。我们提出了一个联合资源分配算法来处理这些挑战。在该算法中,我们通过探索信息传递,提出了一种准确的信道估计方法,并优化RIS反射元素的相位偏移以进一步提高信道增益。此外,我们通过分析单调性,得出了一个分析友好的解码误差概率表达式,并将问题分解为两层优化问题,使得我们的数学模型变得解析可追。进行了大量模拟以验证所提出的算法的性能。模拟结果表明,所提出的算法可以实现出色的信道估计性能,并且比多种基准算法更具有能源效率。

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