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图神经网络驱动的RIS辅助MISO-OFDMA多播系统联合传输与资源分配

马钰 丁春霞 金惟杰 李潇 金石

马钰, 丁春霞, 金惟杰, 李潇, 金石. 图神经网络驱动的RIS辅助MISO-OFDMA多播系统联合传输与资源分配[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT251381
引用本文: 马钰, 丁春霞, 金惟杰, 李潇, 金石. 图神经网络驱动的RIS辅助MISO-OFDMA多播系统联合传输与资源分配[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT251381
MA Yu, DING Chunxia, JIN Weijie, LI Xiao, JIN Shi. GNN-driven Beamforming and Resource Allocation for RIS-assisted MISO-OFDMA Multi-group Multicasting System[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT251381
Citation: MA Yu, DING Chunxia, JIN Weijie, LI Xiao, JIN Shi. GNN-driven Beamforming and Resource Allocation for RIS-assisted MISO-OFDMA Multi-group Multicasting System[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT251381

图神经网络驱动的RIS辅助MISO-OFDMA多播系统联合传输与资源分配

doi: 10.11999/JEIT251381 cstr: 32379.14.JEIT251381
基金项目: 国家自然科学基金(62231009)(国防科工、军事、装备预研等基金不要注明)
详细信息
    作者简介:

    马钰:男,硕士研究生,通信与信息系统

    丁春霞:女,硕士研究生,通信与信息系统

    金惟杰:男,博士研究生,通信与信息系统

    李潇:女,教授,通信与信息系统

    金石:男,教授,通信与信息系统

    通讯作者:

    李潇 li_xiao@seu.edu.cn (通信和一作均需唯一)

  • 中图分类号: XXXXXX

GNN-driven Beamforming and Resource Allocation for RIS-assisted MISO-OFDMA Multi-group Multicasting System

Funds: National Natural Science Foundation of China (62231009)
  • 摘要: 针对可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)辅助的多输入单输出-正交频分多址(Multiple-Input Single-Output-MISO Orthogonal Frequency Division Multiple Access, MISO-OFDMA)系统,围绕提升频谱效率这一核心需求,开展子载波分配、基站主动波束赋形与RIS被动波束赋形的联合优化研究。为解决传统优化方法在多变量耦合场景下计算复杂、易陷入局部最优的问题,提出了一种模型驱动的图神经网络(Graph Neural Network, GNN)方案。该方案将通信物理模型嵌入网络架构设计,实现从信道特征到多优化变量的端到端映射,无需依赖复杂迭代求解。仿真结果表明:与传统基准算法相比,所提方案不仅提高了系统的频谱效率,还显著降低了系统的计算复杂度。同时,在用户组数动态变化和基站传输功率调整等场景下仍保持良好鲁棒性,具备实际部署潜力。
  • 图  1  RIS 辅助MISO-OFDMA 多播系统模型

    图  2  MISO-OFDMA 多播系统 GNN 方案整体架构

    图  3  GNN1 网络内部结构

    图  4  组节点结构

    图  5  GNN1 中的 RIS 节点

    图  6  GNN2 网络结构

    图  7  载波节点

    图  8  GNN2 中的 RIS 节点

    图  9  RIS 辅助 MISO-OFDMA 多播系统仿真模型图

    图  10  系统SE与BS最大发射功率关系曲线图

    图  11  系统SE与RIS单元数关系曲线图

    图  12  系统SE与用户组数关系曲线图

    图  13  GNN算法关于BS最大发射功率的鲁棒性测试图

    表  1  GNN网络参数

    函数 参数量 函数 参数量
    $ {f}_{\text{tl}} $ $ 6{N}_{t}\times 2M+2M $ $ {f}_{\text{tl}} $ $ 2M{N}_{t}\times 6{N}_{t}+6{N}_{t} $
    $ {f}_{\text{t2}} $ $ 2M\times 2{N}_{t}+2{N}_{t} $ $ {f}_{\text{w2}} $ $ 6{N}_{t}\times 2{N}_{t}+2{N}_{t} $
    $ {f}_{\text{t3}} $ $ (2M+2{N}_{t})\times M+M $ $ {f}_{\text{w3}} $ $ 10{N}_{t}\times 4{N}_{t}+4{N}_{t} $
    $ {f}_{\text{t4}} $ $ M\times M+M $ $ {f}_{\text{w4}} $ $ 4{N}_{t}\times 4{N}_{t}+4{N}_{t} $
    $ {f}_{\text{t5}} $ $ M\times 2{N}_{t}+M $ $ {f}_{\text{w5}} $ $ 4{N}_{t}\times 2{N}_{t}+2{N}_{t} $
    $ {f}_{\text{t6}} $ $ (M+2{N}_{t})\times 2M+2M $
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    表  1  GNN网络参数

    函数 参数量 函数 参数量
    $ {f}_{\text{tl}} $ $ 6{N}_{t}\times 2M+2M $ $ {f}_{\text{tl}} $ $ 2M{N}_{t}\times 6{N}_{t}+6{N}_{t} $
    $ {f}_{\text{t2}} $ $ 2M\times 2{N}_{t}+2{N}_{t} $ $ {f}_{\text{w2}} $ $ 6{N}_{t}\times 2{N}_{t}+2{N}_{t} $
    $ {f}_{\text{t3}} $ $ (2M+2{N}_{t})\times M+M $ $ {f}_{\text{w3}} $ $ 10{N}_{t}\times 4{N}_{t}+4{N}_{t} $
    $ {f}_{\text{t4}} $ $ M\times M+M $ $ {f}_{\text{w4}} $ $ 4{N}_{t}\times 4{N}_{t}+4{N}_{t} $
    $ {f}_{\text{t5}} $ $ M\times 2{N}_{t}+M $ $ {f}_{\text{w5}} $ $ 4{N}_{t}\times 2{N}_{t}+2{N}_{t} $
    $ {f}_{\text{t6}} $ $ (M+2{N}_{t})\times 2M+2M $
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  • [1] SANG Jian, YUAN Yifei, TANG Wankai, et al. Coverage enhancement by deploying RIS in 5G commercial mobile networks: Field trials[J]. IEEE Wireless Communications, 2024, 31(1): 172–180. doi: 10.1109/MWC.011.2200356.
    [2] 陈真, 杜晓宇, 唐杰, 等. 基于深度强化学习的RIS辅助通感融合网络: 挑战与机遇[J]. 电子与信息学报, 2024, 46(9): 3467–3473. doi: 10.11999/JEIT240086.

    CHEN Zhen, DU Xiaoyu, TANG Jie, et al. DRL-based RIS-assisted ISAC network: Challenges and opportunities[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2024, 46(9): 3467–3473. doi: 10.11999/JEIT240086.
    [3] 费丹, 陈晨, 郑鹏, 等. 基于智能超表面的室内覆盖增强技术研究与实验验证[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(7): 2374–2381. doi: 10.11999/JEIT220068.

    FEI Dan, CHEN Chen, ZHENG Peng, et al. Research and experimental verification of reconfigurable intelligent surface in indoor coverage enhancement[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(7): 2374–2381. doi: 10.11999/JEIT220068.
    [4] 徐勇军, 徐然, 周继华, 等. 面向窃听用户的RIS-MISO系统鲁棒资源分配算法[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(7): 2253–2263. doi: 10.11999/JEIT211537.

    XU Yongjun, XU Ran, ZHOU Jihua, et al. Robust resource allocation algorithm for RIS-assisted MISO systems with eavesdroppers[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(7): 2253–2263. doi: 10.11999/JEIT211537.
    [5] 曾嵘, 邵智敏. 零前缀OFDM中智能反射表面环境下干扰抑制算法研究[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(7): 2358–2365. doi: 10.11999/JEIT211389.

    ZENG Rong and SHAO Zhimin. Research on interference suppression algorithm in reconfigurable intelligent surface environment in ZP-OFDM[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(7): 2358–2365. doi: 10.11999/JEIT211389.
    [6] WU Qingqing and ZHANG Rui. Intelligent reflecting surface enhanced wireless network via joint active and passive beamforming[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2019, 18(11): 5394–5409. doi: 10.1109/TWC.2019.2936025.
    [7] GUO Huayan, LIANG Yingchang, CHEN Jie, et al. Weighted sum rate maximization for reconfigurable intelligent surface aided wireless networks[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2020, 19(5): 3064–3076. doi: 10.1109/TWC.2020.2970061.
    [8] FENG Keming, LI Xiao, HAN Yu, et al. Joint beamforming optimization for reconfigurable intelligent surface-enabled MISO-OFDM systems[J]. China Communications, 2021, 18(3): 63–79. doi: 10.23919/JCC.2021.03.006.
    [9] MA Yu, ZHOU Xingyu, LI Xiao, et al. Unsupervised learning-based joint resource allocation and beamforming design for RIS-assisted MISO-OFDMA systems[J]. IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking, 2026, 12: 2251–2264. doi: 10.1109/TCCN.2025.3592931.
    [10] YUE Mingyang, LIU Lei, and YUAN Xiaojun. RIS-aided multiuser MIMO-OFDM with linear precoding and iterative detection: Analysis and optimization[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2023, 22(11): 7606–7619. doi: 10.1109/TWC.2023.3253699.
    [11] DING Chunxia, JIN Weijie, LI Xiao, et al. Multi-group Multicasting using reconfigurable intelligent surfaces: A deep learning approach[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2025, 24(6): 5337–5351.
    [12] CHEN Hongzhi, MI De, CLERCKX B, et al. Joint power and subcarrier allocation optimization for multigroup multicast systems with rate splitting[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2020, 69(2): 2306–2310. doi: 10.1109/TVT.2019.2957994.
    [13] CHEN Zhengchuan, CHEN Li, TIAN Zhong, et al. Ergodic rate of reconfigurable intelligent surface-assisted multigroup multicast system[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2023, 72(4): 5485–5490. doi: 10.1109/TVT.2022.3228794.
    [14] TAO Meixia, LIANG Yingchang, and ZHANG Fan. Resource allocation for delay differentiated traffic in multiuser OFDM systems[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2008, 7(6): 2190–2201. doi: 10.1109/TWC.2008.060882.
    [15] FAROOQ M, KUMAR V, JUNTTI M, et al. On the achievable rate of IRS-assisted multigroup multicast systems[C]. Proceedings of 2022 IEEE Global Communications Conference, Rio de Janeiro, Brazil, 2022: 5844–5849. doi: 10.1109/GLOBECOM48099.2022.10001087.
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-12-30
  • 修回日期:  2026-02-24
  • 录用日期:  2026-04-23
  • 网络出版日期:  2026-05-16

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