On Practical RIS-Aided OFDM With Index Modulation

Abstract

La comunicación asistida por superficie inteligente reconfigurable (RIS) ha sido considerada como una de las tecnologías prometedoras para las futuras redes inalámbricas con respecto al control del entorno de propagación y la mejora de la calidad de los enlaces de comunicación de extremo a extremo. En este estudio, considerando la importancia de la modulación de índice (IM) y los esquemas asistidos por RIS en las redes 6G, en primer lugar, se propone un diseño de sistema de multiplexación por división de frecuencia ortogonal asistida por RIS (OFDM)-IM. Los estudios previos centrados en los sistemas OFDM asistidos por RIS se basan en un modelo de reflexión ideal, donde la amplitud constante y el desplazamiento de fase variable del RIS son independientes de la frecuencia de la señal entrante. Sin embargo, en aplicaciones realistas, este modelo RIS ideal puede no ser preciso, ya que tanto el desplazamiento de fase como la amplitud de los elementos RIS dependen de la frecuencia, lo que hace que su efecto sea significativo, especialmente para los sistemas de banda ancha. Por lo tanto, este estudio considera principalmente un modelo práctico de RIS a través del diseño de los coeficientes de reflexión de RIS para los sistemas OFDM-IM. Con el fin de mejorar aún más el rendimiento de la tasa de error de bits (Ber) del sistema OFDM-IM asistido por RIS, también se propone un algoritmo de optimización exhaustivo basado en la búsqueda que maximiza la distancia euclidiana mínima promedio (AMED) dentro de los subbloques. Además, se producen extensos resultados de simulación por ordenador para ilustrar la mejora del rendimiento del algoritmo propuesto sobre los algoritmos de referencia en la literatura. El algoritmo de diseño de coeficientes de reflexión basado en AMED propuesto proporciona un mejor rendimiento DE BER para los sistemas OFDM-IM asistidos por RIS con respecto a los algoritmos presentados.La communication assistée par surface intelligente reconfigurable (ris) a été considérée comme l'une des technologies prometteuses pour les futurs réseaux sans fil en ce qui concerne le contrôle de l'environnement de propagation et l'amélioration de la qualité des liaisons de communication de bout en bout. Dans cette étude, compte tenu de l'importance de la modulation d'indice (IM) et des schémas assistés par ris dans les réseaux 6G, tout d'abord, une conception de système de multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) -IM assisté par ris est proposée. Les études antérieures portant sur les systèmes OFDM assistés par ris sont basées sur un modèle de réflexion idéal, où l'amplitude constante et le déphasage variable du ris sont indépendants de la fréquence du signal entrant. Cependant, dans des applications réalistes, ce modèle ris idéal peut ne pas être précis car le déphasage et l'amplitude des éléments ris dépendent de la fréquence, ce qui rend leur effet significatif, en particulier pour les systèmes à large bande. Par conséquent, cette étude considère principalement un modèle ris pratique en concevant les coefficients de réflexion ris pour les systèmes OFDM-IM. Afin d'améliorer encore les performances du taux d'erreur binaire (ber) du système OFDM-IM assisté par ris, un algorithme d'optimisation basé sur la recherche exhaustif qui maximise la distance euclidienne minimale moyenne (AMED) dans les sous-blocs est également proposé. De plus, de nombreux résultats de simulation informatique sont produits afin d'illustrer l'amélioration des performances de l'algorithme proposé par rapport aux algorithmes de référence de la littérature. L'algorithme de conception de coefficient de réflexion basé sur AMED proposé fournit DE meilleures performances BER pour les systèmes OFDM-IM assistés par ris concernant les algorithmes présentés.Reconfigurable intelligent surface (RIS)-aided communication has been regarded as one of the promising technologies for future wireless networks with regards to controlling the propagation environment and enhancing the quality of the end-to-end communication links. In this study, considering the importance of index modulation (IM) and RIS-aided schemes in 6G networks, first, an RIS-aided orthogonal frequency division multiplexing (OFDM)-IM system design is proposed. Previous studies focusing on RIS-aided OFDM systems are based on an ideal reflection model, where the constant amplitude and variable phase shift of the RIS are independent of the frequency of the incoming signal. However, in realistic applications, this ideal RIS model may not be accurate since both the phase shift and amplitude of RIS elements depend on the frequency, which makes their effect significant, especially for wideband systems. Therefore, this study primarily considers a practical RIS model through designing the RIS reflection coefficients for OFDM-IM systems. In order to further enhance the bit error rate (BER) performance of the RIS-aided OFDM-IM system, an exhaustive search-based optimization algorithm that maximizes the average minimum Euclidean distance (AMED) within the subblocks is also proposed. Moreover, extensive computer simulation results are produced in order to illustrate the performance improvement of the proposed algorithm over the reference algorithms in the literature. The proposed AMED-based reflection coefficient design algorithm provides better BER performance for RIS-aided OFDM-IM systems concerning the presented algorithms.يعتبر الاتصال الذكي القابل لإعادة التشكيل (RIS) أحد التقنيات الواعدة للشبكات اللاسلكية المستقبلية فيما يتعلق بالتحكم في بيئة الانتشار وتعزيز جودة روابط الاتصال الشاملة. في هذه الدراسة، مع الأخذ في الاعتبار أهمية تعديل الفهرس (IM) والمخططات بمساعدة RIS في شبكات 6G، أولاً، يُقترح تصميم نظام مضاعفة تقسيم التردد المتعامد (OFDM) - IM بمساعدة RIS. تستند الدراسات السابقة التي تركز على أنظمة إدارة البيانات الخارجية بمساعدة RIS إلى نموذج انعكاس مثالي، حيث تكون السعة الثابتة وإزاحة الطور المتغير لـ RIS مستقلة عن تردد الإشارة الواردة. ومع ذلك، في التطبيقات الواقعية، قد لا يكون نموذج RIS المثالي هذا دقيقًا نظرًا لأن كل من إزاحة الطور وسعة عناصر RIS تعتمد على التردد، مما يجعل تأثيرها كبيرًا، خاصة بالنسبة لأنظمة النطاق العريض. لذلك، تنظر هذه الدراسة في المقام الأول في نموذج RIS العملي من خلال تصميم معاملات انعكاس RIS لأنظمة OFDM - IM. من أجل زيادة تعزيز أداء معدل خطأ البت (BER) لنظام OFDM - IM بمساعدة RIS، يُقترح أيضًا خوارزمية تحسين شاملة قائمة على البحث تزيد من متوسط الحد الأدنى للمسافة الإقليدية (AMED) داخل الكتل الفرعية. علاوة على ذلك، يتم إنتاج نتائج محاكاة حاسوبية واسعة من أجل توضيح تحسين أداء الخوارزمية المقترحة على الخوارزميات المرجعية في الأدبيات. توفر خوارزمية تصميم معامل الانعكاس المقترحة القائمة على AMED أداءً أفضل لأنظمة OFDM - IM بمساعدة RIS فيما يتعلق بالخوارزميات المقدمة.