Reconfigurable Intelligent Surfaces Aided mmWave NOMA: Joint Power Allocation, Phase Shifts, and Hybrid Beamforming Optimization

诺玛 基站 数学优化 无线 光谱效率 多输入多输出 传输(电信) 资源配置 接头(建筑物) 功率控制 频道(广播) 凸优化
作者
Yue Xiu,Jun Zhao,Wei Sun,Marco Di Renzo,Guan Gui,Zhongpei Zhang,Ning Wei
出处
期刊:IEEE Transactions on Wireless Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
被引量:10
标识
DOI:10.1109/twc.2021.3092597
摘要

In this paper, a reconfigurable intelligent surface (RIS)-aided millimeter wave (mmWave) non-orthogonal multiple access (NOMA) system is analyzed. In particular, we consider an RIS-aided mmWave-NOMA downlink system with a hybrid beamforming structure. To maximize the achievable sum-rate under a minimum rate constraint for the users and a maximum transmit power constraint, a joint RIS phase shifts, hybrid beamforming, and power allocation problem is formulated. To solve this non-convex optimization problem, we develop an alternating optimization (AO) algorithm. Specifically, first, the non-convex problem is transformed into three subproblems, i.e., power allocation, joint phase shifts and analog beamforming optimization, and digital beamforming design. Then, we solve the power allocation problem by keeping fixed the phase shifts of the RIS and the hybrid beamforming. Finally, given the power allocation matrix, an alternating manifold optimization (AMO)-based method and a successive convex approximation (SCA)-based method are utilized to design the phase shifts, analog beamforming, and transmit beamforming, respectively. Numerical results reveal that the proposed AO algorithm outperforms existing schemes in terms of sum-rate. Moreover, compared to a conventional mmWave-NOMA system without RIS, the proposed RIS-aided mmWave-NOMA system is capable of improving the achievable sum-rate.

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