一种基于合作协同进化的智能超表面辅助无人机通信系统联合波束成形方法

来源：电子与信息学报杂志2025年第2期北京时间：

作者：仲伟志, 万诗晴, 段洪涛, 范振雄, 林志鹏, 黄洋, 毛开

单位：1.南京航空航天大学电磁频谱认知动态系统工业与信息化部重点实验室 南京 2111062.国家无线电监测中心 北京 100144

摘要：针对传统联合波束成形方法在智能超表面(RIS)辅助无人机(UAV)通信系统优化中存在的局限性，包括针对RIS仅考虑相移矩阵优化、优化方法缺乏应用普适性等问题，该文面向RIS辅助无人机通信服务多用户场景，创新性提出一种基于合作协同进化(CCEA)的联合波束优化方法。该方法利用两个子种群的独立进化将联合波束成形问题分解成RIS反射波波束设计和发射端波束设计两个子问题进行求解，通过进化过程中的信息交互与协作来实现联合波束成形设计。数值仿真结果表明，相较于仅考虑RIS相移矩阵设计的联合波束优化，CCEA通过设计RIS反射波波束形状改变了反射波在3维空间中的能量分布，进而提升了接收端信干噪比(SINR)和频谱效率；此外，基于种群的CCEA算法能够产生更加多样的解，因此在UAV和用户的不同位置设置下均能实现反射波对用户方向的有效覆盖，相对于传统方法能够避免局部最优、具有更强的应用普适性。

关键词：无人机通信, 智能超表面, 联合波束成形, 合作协同进化

基金资助：国家自然科学基金(62217250)，江苏省重点研发计划(产业前瞻与关键核心技术)(BE2022067, BE2022067-1, BE2022067-3)，南京航空航天大学研究生科研与实践创新计划(xcxjh20231507)