[論文レビュー] Performance Analysis of an Interference-Limited RIS-Aided Network

Liang Yang, Yin Yang+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2020

Advanced Wireless Communication Technologies参考文献 14被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、瑞々しいフェージング下での共周波数干渉（CCI）を受ける再構成可能知能表面（RIS）支援システムの性能を分析し、アウトージェ確率（OP）、平均ビット誤り率（BER）、およびエゴドリック容量の正確な式を導出している。RISの要素数と干渉源数がシステム性能に顕著な影響を及ぼすことが示され、瑞々しいフェージングのパrameterと干渉レベルが性能を著しく低下させることを明らかにしている。

ABSTRACT

In this work, the performance of reconfigurable intelligent surface (RIS)-aided communication systems corrupted by the co-channel interference (CCI) at the destination is investigated. Assuming Rayleigh fading and equal-power CCI, we present the analysis for the outage probability (OP), average bit error rate (BER), and ergodic capacity. In addition, an asymptotic outage analysis is carried in order to obtain further insights. Our analysis shows that the number of reflecting elements as well as the number of interferers have a great impact on the overall system performance.

研究の動機と目的

• 先行研究でしばしば無視されてきた、共周波数干渉（CCI）がRIS支援無線システムに与える影響を分析すること。
• レイリーフェージングおよび等価電力CCI下での正確な性能指標（アウトージェ確率（OP）、平均BER、エゴドリック容量）を導出すること。
• 高SNRにおける分散次数とシステム動作を明らかにするために、漸近的アウトージェ解析を提供すること。
• モンテカルロシミュレーションを用いて解析結果を検証し、実用的位相シフトの影響を評価すること。

提案手法

• システムモデルは、N個の反射素子を有するRIS経由で通信する単一素子送信機と単一素子受信機の間の通信を想定し、L個の等価電力干渉源からの干渉を含む。
• RISに完全なチャネル状態情報（CSI）が得られると仮定し、SIRを最大化する最適位相シフトを可能にする。この仮定のもとで、有効SIRが導出される。
• 目的リンクのSIRの確率密度関数（PDF）は、平方K_G分布を用いてモデル化され、干渉はカイ二乗分布でモデル化され、正確な性能解析が可能となる。
• 一般化されたメイジャーG関数および特殊関数を用いて、OP、平均BER、エゴドリック容量の正確な式が導出される。
• 分散次数と高SNR動作を明らかにするために、漸近的アウトージェ式が導出される。
• 数値的結果は、モンテカルロシミュレーションを用いて解析式の妥当性を検証し、振幅損失を伴う実用的位相シフトモデルも含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全なCSIのもとで、共周波数干渉（CCI）がRIS支援システムのアウトージェ確率に与える影響は何か？
• RQ2 CCIおよびレイリーフェージング下でのRIS支援システムにおける平均ビット誤り率（BER）の正確な式は何か？
• RQ3 RIS反射素子数（N）と干渉源数（L）が、エゴドリック容量および分散利得に与える影響は何か？
• RQ4 漸近的アウトージェ行動はどのように変化するか？CCIが存在する場合の達成可能な分散次数は何か？
• RQ5 実用的位相シフト（例：振幅損失、ω_min = 0.8）は、理想位相シフトと比較してシステム性能にどのような影響を及けるか？

主な発見

• アウトージェ確率、平均BER、エゴドリック容量の導出された解析式は、すべてのシナリオにおいてモンテカルロシミュレーション結果と完全に一致している。
• システムの分散次数は、RISリンクの瑞々しいフェージングモデルの形状パrameter k と m を用いて (k + m)/2 として特定される。
• RIS要素数（N）の増加は、システム性能を顕著に向上させ、アウトージェ確率とBERを低下させる。
• 干渉電力（P_I）の増加および干渉源数（L）の増加は、システム性能を劣化させ、P_I または L が増加するにつれてアウトージェ確率が上昇する。
• 漸近的アウトージェ式は、分散次数が干渉源数に依存しないことを確認しているが、分散利得は瑞々しいフェージングパrameterによって制限される。
• 振幅損失（例：ω_min = 0.8）を伴う実用的位相シフトは、高SNR領域において理想位相シフトと比較して顕著な性能ギャップを生じさせる。