Khái niệm cốt lõi
本文旨在探討如何利用可重構智慧反射面 (RIS) 在蜂窩網路中實現無干擾自由度,並量化實現該目標所需的 RIS 元素數量。
本文研究了可重構智慧反射面 (RIS) 在蜂窩網路中實現無干擾自由度的可行性。研究表明,RIS 可以將每個蜂窩單元的自由度提升至無干擾情況下的自由度,即使存在直連路徑。本文從理論上量化了實現該目標所需的 RIS 元素數量,並通過數值結果驗證了理論結果的準確性。
一、引言
可重構智慧反射面 (RIS) 作為一種新興技術,具有低成本和調整信號傳播路徑的能力,被認為是下一代無線通信系統中最具潛力的技術之一。RIS 可以通過調整每個反射單元的相位來智能地改變信道條件,例如,它可以通過消除交叉干擾鏈路將全連接無線系統轉換為部分連接系統,從而提高系統的自由度。與傳統的干擾對齊技術不同,RIS 提供了一種更實用的干擾管理解決方案,无需任何符號擴展。然而,過少的反射單元不足以實現所需的信道修改,而過多的反射單元會增加成本。因此,確定反射單元的最佳數量對於在實際系統中實施基於 RIS 的干擾管理至關重要。
二、系統模型
本文考慮一個由 G 個蜂窩單元和一個具有 N 個無源反射單元的 RIS 組成的多蜂窩網路。每個蜂窩單元配備一個具有 M 個天線的基站 (BS),並支持 K 個單天線用戶。用戶可以通過 RIS 提供的直連和反射信道將其消息發送到 BS。由於所有傳輸鏈路共享相同的時間和頻率資源,因此每個 BS 不僅接收來自其本地用戶的期望信號,還接收來自其他蜂窩單元中用戶的干擾。
三、每個蜂窩單元的可實現自由度
為了實現每個蜂窩單元的全自由度或無干擾自由度,必須完全消除干擾。在本節中,我們通過干擾消除方程的可行性來分析每個蜂窩單元的可實現自由度。
四、實現全自由度所需的 N 階
在高維空間中,儘管 v ∈ CN×1 具有複雜的幾何特性(例如幅度和角度),但當將其隨機投影到低維空間時,這些複雜性將被平均化。結果,||AHv|| 的大小趨於更穩定,並集中在一個狹窄的範圍內,這在高維統計中稱為範數集中現象。如果 ||b|| 不在此範圍內,則無論如何調整 v,方程式 (7) 都幾乎沒有解。因此,在本節中,我們基於此範數集中現象推導出全自由度所需的 N 的必要條件。
五、N 的更精確必要條件
第四節從高維概率和幾何角度推導了全自由度所需的 N 的條件。它揭示了哪些因素與 N 相關聯,以及它們如何漸近地影響 N。
六、和速率最大化
由於自由度是系統容量的一階近似,因此本節為 RIS 輔助的多蜂窩系統提出了一個和速率最大化問題,以驗證前幾節中得出的結論。
七、仿真結果
在本節中,我們將提供數值結果,以量化實現全自由度所需的 N,並確定影響 N 的因素及其影響。由於直連鏈路 b 和級聯反射鏈路 A 之間的強度差異是影響 N 的主要因素,因此我們首先考慮所有用戶具有相同路徑損耗的情況。本節末尾將討論用戶之間具有不同路徑損耗的情況。