افزایش نرخ کاربران NOMA در سیستم مخابراتی قطار هوشمند با استفاده مشترک از RIS و IOS: تخمین کانال آبشاری و طراحی ضرایب فاز در حضور نویز ضربه‌ای

Abstract

در این مقاله یک چارچوب نوین به منظور بهبود عملکرد سامانه‌های مخابراتی مبتنی بر دسترسی چندگانه غیرمتعامد در حوزه توان (Power-Domain Non-Orthogonal Multiple Access - PD-NOMA) در قطارهای هوشمند ارائه شده است. این چارچوب بر استفاده همزمان از سطح هوشمند قابل تنظیم مجدد (Reconfigurable Intelligent Surface - RIS) و سطح همه‌جهته هوشمند (Intelligent Omni Surface - IOS) به منظور افزایش نرخ داده کاربران تمرکز دارد. با توجه به وجود نویز تکانشی (impulsive noise) ناشی از منابع الکترومغناطیسی داخلی و خارجی در محیط قطار و حساسیت سامانه‌های PD-NOMA به این‌گونه اختلالات، تخمین دقیق کانال آبشاری شامل مسیرهای مستقیم و بازتابی میان فرستنده، RIS/IOS و کاربران از اهمیت حیاتی برخوردار است. برای رفع این چالش، الگوریتم گرادیان تصادفی افزایشی مبتنی بر کرنتروپی (Correntropy-based Stochastic Gradient Ascent - CSGA) توسعه یافته است که امکان تخمین مقاوم کانال را فراهم می‌کند. سپس یک راهبرد طراحی مشترک فاز برای RIS و IOS پیشنهاد شده است تا نرخ مجموع کاربران PD-NOMA بیشینه شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که الگوریتم CSGA نسبت به الگوریتم متعارف گرادیان تصادفی کاهشی (Stochastic Gradient Descent - SGD) دقت تخمین کانال به‌مراتب بالاتری ارائه می‌دهد و در نتیجه موجب بهبود قابل‌توجه نرخ مجموع سامانه می‌شود. چارچوب پیشنهادی با به‌کارگیری بهینه‌سازی مشترک فاز RIS و IOS، در برابر نویز تکانشی مقاوم بوده و عملکرد بهتری نسبت به معماری‌های متداول نشان می‌دهد.