[论文解读] Impact of Interference on the Performance of RIS-Assisted Source DF Relaying Networks

Doaa Salim, Monjed H. Samuh+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2020

Advanced Wireless Communication Technologies被引用 4

一句话总结

本文研究了可重构智能表面（RIS）辅助解调-转发（DF）中继网络中的同频干扰（CCI），在瑞利衰落信道下推导了中断概率的闭式近似。结果表明，中继数 $K$ 显著提升了分集增益和系统性能，而RIS单元数 $N$ 对编码增益影响极小，且对分集增益无影响。

ABSTRACT

This letter investigates the impact of co-channel interference (CCI) on the performance of a decode-and-forward (DF) relaying network with a reconfigurable intelligent surface (RIS)-assisted source. We consider one source, multiple DF relays, and one destination with CCI at both the relays and destination. We derive closed-form accurate approximations for the system outage probability assuming Rayleigh fading channels. In addition, we study the system performance at the high signal-to-noise ratio (SNR) regime, where closed-form expressions are derived for the asymptotic outage probability, diversity order, and the coding gain. The results show that the number of reflecting elements N at the source has a small effect on the coding gain of the system and not on the diversity order. Furthermore, findings illustrate that the number of relays K is affecting the diversity order and is more impactful on the performance than N. Finally, results show that utilizing RIS at the source node mitigates the interference effect at the relay nodes.

研究动机与目标

• 分析同频干扰（CCI）对RIS辅助DF中继网络性能下降的影响。
• 在瑞利衰落条件下，推导系统中断概率的精确闭式近似表达式。
• 研究高信噪比（SNR）区域，以提取分集增益与编码增益用于性能分析。
• 评估在源端部署RIS对缓解中继节点干扰的影响。
• 比较RIS反射单元数 $N$ 与中继数 $K$ 的性能增益。

提出的方法

• 建立一个双跳DF中继系统模型，包含一个RIS辅助的源节点、$K$ 个中继节点、一个目的节点，以及在中继和目的节点处均存在的同频干扰器。
• 采用机会式中继选择机制，根据信道质量选择最佳中继。
• 将端到端信干噪比（SINR）表示为在目的节点处的期望信号功率与干扰加噪声功率之比。
• 对干扰功率采用中心极限定理近似，并利用顺序统计方法进行最佳中继选择。
• 运用二项式定理及积分恒等式（如[19, 公式(8.351.2)]）推导CDF和中断概率的闭式表达式。
• 通过指数CDF的泰勒级数展开进行高-SNR渐近分析，以提取分集增益与编码增益。

实验结果

研究问题

• RQ1 同频干扰（CCI）如何影响RIS辅助DF中继网络的中断性能？
• RQ2 RIS反射单元数 $N$ 对系统分集增益与编码增益有何影响？
• RQ3 中继数 $K$ 如何影响系统的分集增益与整体性能？
• RQ4 在源端部署RIS在多大程度上可缓解中继节点的干扰？
• RQ5 在高-SNR区域，系统的渐近中断行为、分集增益与编码增益分别是什么？

主要发现

• 中继数 $K$ 直接影响系统的分集增益，而RIS单元数 $N$ 不影响分集增益。
• 编码增益 $G_c$ 受 $N$ 的影响极小，表明增加反射单元数量在编码增益方面带来的性能提升有限。
• 与 $N$ 相比，$K$ 对系统性能的影响更为显著，因此 $K$ 是提升性能更有效的设计参数。
• 在源端使用RIS可有效缓解中继节点的干扰，提高信号解码的可靠性。
• 推导出高-SNR区域下渐近中断概率、分集增益与编码增益的闭式表达式，并进行了验证。
• 所推导的中断概率近似表达式对任意 $N$（包括反射单元数量较少的情况）均准确，避免了对中心极限定理的依赖。