Ressourcenmanagement in RIS-unterstütztem Rate-Splitting-Mehrfachzugriff für drahtlose Kommunikationssysteme der nächsten Generation (xG)

Core Concepts

Der Einsatz von Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS) in Kombination mit Rate-Splitting-Mehrfachzugriff (RSMA) kann die Leistung von drahtlosen Kommunikationssystemen der nächsten Generation in Bezug auf Benutzerrate, Energieeffizienz und Spektraleffizienz verbessern.

Abstract

Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Aspekte der Synergie zwischen rekonfigurierbaren intelligenten Oberflächen (RIS) und Rate-Splitting-Mehrfachzugriff (RSMA) für drahtlose Kommunikationssysteme der nächsten Generation (xG). Mehr als 60 Artikel werden untersucht, die über 20 verschiedene Systemmodelle betrachten, bei denen das RIS-unterstützte RSMA-System Leistungsvorteile (in Bezug auf Summenrate oder Ausfallwahrscheinlichkeit) gegenüber traditionellen RSMA-Modellen zeigt. Diese Modelle umfassen reflektierende RIS, gleichzeitig sendende und reflektierende Oberflächen (STAR-RIS) sowie transmissive Oberflächen. Die neuesten Ressourcenmanagementmethoden für RIS-unterstützte RSMA-Kommunikation verwenden traditionelle Optimierungstechniken und/oder Maschinenlernverfahren. Darüber hinaus werden wichtige Forschungsherausforderungen und mehrere zukünftige Forschungsrichtungen skizziert.

Stats

Die Durchschnittsrate für eMBB in 5G beträgt 50 Mbit/s mit einem Spitzenwert von 10 Gbit/s. 5G zielt auf eine Latenz in der Größenordnung von 1 Millisekunde für URLLC-Anwendungen ab. 5G unterstützt bis zu 1 Million Geräte mit geringem Stromverbrauch pro Quadratkilometer für mMTC.

Quotes

"RSMA kann eine allgemeine Plattform bieten, um zu verstehen, wie die Interferenz zwischen mehreren Benutzern verwaltet wird." "RIS bietet eine beispiellose Kontrolle über den Funkkanal und ermöglicht so neue Möglichkeiten für die Systemleistung."

Key Insights Distilled From

Resource Management in RIS-Assisted Rate Splitting Multiple Access for Next Generation (xG) Wireless Communications

by Ibrahim Abou... at arxiv.org 04-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.06604.pdf

Deeper Inquiries

Wie können RIS und RSMA in 6G-Systemen optimal kombiniert werden, um die Leistungsanforderungen in Bezug auf Datenrate, Latenz und Konnektivität zu erfüllen

Um die Leistungsanforderungen in Bezug auf Datenrate, Latenz und Konnektivität in 6G-Systemen zu erfüllen, können RIS und RSMA auf optimale Weise kombiniert werden, indem sie synergistisch zusammenarbeiten. Hier sind einige Schlüsselansätze: Verbesserung der Datenrate: Durch die Verwendung von RSMA können die Nachrichten mehrerer Benutzer effizient gemischt werden, um die Gesamtdatenrate zu erhöhen. Die RIS kann dabei helfen, die Kanalbedingungen zu manipulieren und die Signalstärke zu verstärken, um höhere Datenraten zu erreichen. Reduzierung der Latenz: RSMA ermöglicht eine schnellere Datenübertragung, da die Nachrichten der Benutzer effizient aufgeteilt und übertragen werden. Die RIS kann dabei helfen, die Signalwege zu optimieren und die Latenzzeiten zu minimieren. Verbesserung der Konnektivität: Die RIS kann die Konnektivität verbessern, indem sie die Signalabdeckung und -qualität optimiert. Durch gezielte Reflektionen und Übertragungen kann die RIS sicherstellen, dass die Benutzer stets mit hoher Zuverlässigkeit verbunden sind. Durch die Kombination von RIS und RSMA können 6G-Systeme somit die Leistungsanforderungen in Bezug auf Datenrate, Latenz und Konnektivität effektiv erfüllen, indem sie eine intelligente und effiziente Nutzung der verfügbaren Ressourcen ermöglichen.

Welche Herausforderungen müssen bei der praktischen Umsetzung von RIS-unterstütztem RSMA in realen Umgebungen überwunden werden

Bei der praktischen Umsetzung von RIS-unterstütztem RSMA in realen Umgebungen gibt es einige Herausforderungen, die überwunden werden müssen: Hardware-Implementierung: Die Integration von RIS-Elementen in bestehende drahtlose Infrastrukturen erfordert spezielle Hardware und möglicherweise umfangreiche Änderungen an den bestehenden Systemen. Kanalmodellierung: Die genaue Modellierung der Kanäle für die RIS-optimierte Signalübertragung kann komplex sein und erfordert präzise Kenntnisse über die Umgebung und die Ausbreitungsbedingungen. Energieeffizienz: Die effiziente Nutzung der Energie für die RIS-Steuerung und die Signalverarbeitung ist entscheidend, um die Leistung des Systems zu optimieren und die Betriebskosten zu minimieren. Interferenzmanagement: Die Koordination der Signale zwischen RIS, BS und Benutzern erfordert fortschrittliche Interferenzmanagementtechniken, um sicherzustellen, dass die Übertragungen effektiv sind und keine Störungen verursachen. Durch die gezielte Bewältigung dieser Herausforderungen können RIS-unterstütztes RSMA erfolgreich in realen Umgebungen implementiert werden.

Wie können RIS und RSMA in Anwendungen wie Industrie 4.0, autonomes Fahren oder Telemedizin eingesetzt werden, um die Leistung und Zuverlässigkeit zu verbessern

Die Anwendung von RIS und RSMA in Bereichen wie Industrie 4.0, autonomes Fahren und Telemedizin kann die Leistung und Zuverlässigkeit in vielerlei Hinsicht verbessern: Industrie 4.0: In der Industrie 4.0 können RIS und RSMA dazu beitragen, die drahtlose Konnektivität in Fabriken zu optimieren, die Latenzzeiten zu reduzieren und die Datenübertragungsgeschwindigkeiten zu erhöhen. Dies ermöglicht eine effizientere Steuerung von Produktionsprozessen und eine verbesserte Kommunikation zwischen Maschinen. Autonomes Fahren: Im Bereich des autonomen Fahrens können RIS und RSMA die drahtlose Kommunikation zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur verbessern, um Echtzeitdaten auszutauschen und die Sicherheit auf der Straße zu erhöhen. Die präzise Steuerung der Signalübertragung durch RIS kann auch dazu beitragen, die Genauigkeit von Ortungs- und Navigationsdiensten zu verbessern. Telemedizin: In der Telemedizin können RIS und RSMA die Übertragung von medizinischen Daten und Bildern optimieren, um eine zuverlässige und schnelle Fernüberwachung von Patienten zu ermöglichen. Die verbesserte Konnektivität und Datenrate können die Qualität der medizinischen Versorgung und die Effizienz der Diagnose und Behandlung verbessern. Durch die gezielte Anwendung von RIS und RSMA in diesen Anwendungsgebieten können somit die Leistung und Zuverlässigkeit der drahtlosen Kommunikationssysteme signifikant gesteigert werden.