[論文レビュー] Joint Beamforming and Position Optimization for Movable-Antenna and Movable-Element RIS-Aided Full-Duplex 6G MISO Systems

Ayda Nodel Hokmabadi, Chadi Assi|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2026

Advanced Wireless Communication Technologies被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、基地局の可動アンテナと可動要素 RIS を備えた全デュプレックス MISO システムに対する結合最適化フレームワークを提案し、ビームフォーミング、上り送信電力、RIS位相シフト、アンテナと RIS 要素の3D位置を交互最適化アルゴリズムを用いて最大化し、和を最大化することを目的としています。

ABSTRACT

Full-duplex communication substantially enhances spectral efficiency by enabling simultaneous transmission and reception on the same time-frequency resources. However, its practical deployment remains hindered by strong residual self-interference and inter-user interference, which severely degrade system performance. This work investigates a full-duplex MISO network that leverages movable-antenna base stations (MA-BS) and movable-element reconfigurable intelligent surfaces (ME-RIS) to overcome these limitations in next-generation 6G systems. Unlike conventional fixed-geometry architectures, the proposed framework jointly optimizes antenna and RIS element positions, together with RIS phase shifts, to strengthen desired links while suppressing interference. Our design objective is to maximize the system sum rate through the joint optimization of transmit and receive beamforming vectors, uplink transmit powers, RIS phase shifts, and the spatial locations of both the BS antennas and RIS elements. To solve this challenging nonconvex problem, an alternating optimization algorithm is developed, employing semidefinite relaxation for beamforming design and successive convex approximation for position optimization. Simulation results demonstrate that the proposed ME-RIS-assisted architecture with movable BS antennas offers substantial gains over conventional fixed-position full-duplex networks. These findings highlight the potential of integrating movable antennas with movable RIS elements as a key enabler for high-performance full-duplex operation in future 6G wireless systems.

研究の動機と目的

• movable antennas および ME-RIS による FD 6G の高スペクトル効率を動機づけ、実現する。
• 送信/受信ビームフォーミング、上り送信電力、RIS位相シフト、3D位置を共同最適化するシステムを構築する。
• 反復最適化フレームワークと高度な最適化手法を用いて非凸性に対処する。
• 実用的な電力と幾何制約の下で、下り・上り利用者の QoS を保証する。

提案手法

• MA-BS を有する FD MISO ネットワークを、ME-RIS が DL および UL の利用者を支援する形でモデル化する。
• ビームフォーミングベクトル、上り電力、RIS位相シフト、3D位置に対する和を最大化する問題を定式化する。
• 分数目的関数を扱いやすい形に変換するために、ラグランジュ双対変換と二次変換を用いる。
• DL beamforming 設計には SDR と逐次ランク1 制約緩和（SROCR）を適用する。
• 一般化固有ベクター解法による UL コンビナを閉形式で導出する。
• 逐次凸近似（SCA）を用いてアンテナ/ RIS の位置と RIS 位相の最適化を行う。
• (i) DL ビームフォーミング、(ii) UL コンビナと UL 電力、(iii) 位置、(iv) RIS 位相を更新する交互最適化アルゴリズムを提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MA-BS と ME-RIS の 3D 位置の結合最適化、RIS 位相シフト、送信/受信ビームフォーミング、上り電力の最適化は、FD MISO システムの和速率をどのように改善するか？
• RQ2 movable antennas と movable RIS 要素を統合した場合の、全双方向 6G ネットワークにおける性能向上はどの程度か？
• RQ3 提案された AO フレームワークは、QoS と物理的配置制約を満たしつつ、問題の非凸性を効果的に扱えるか？

主な発見

• 提案された ME-RIS 支援型アーキテクチャは、固定位置のアーキテクチャと比較して実質的な性能向上をもたらす。
• 位置と位相シフトの結合最適化により設計空間が拡大し、干渉抑制と信号経路が強化される。
• DL ビームフォーミングには SDR-SROCR、UL コンビナには閉形式解を組み合わせ、位置更新には SCA を適用することで、強く結合した問題の実現可能な解を得られる。
• 数値結果は、FD シナリオにおける MA-BS と ME-RIS 設定の共同最適化の有効性を検証する。