[论文解读] 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 9

一句话总结

本文分析了在共信道干扰（CCI）下可重构智能表面（RIS）辅助系统性能，推导出在瑞利衰落信道下中断概率（OP）、平均误比特率（BER）和遍历容量的精确表达式。结果表明，RIS单元数量和干扰源数量对系统性能具有决定性影响，且莱斯衰落参数与干扰水平显著降低系统性能，导致分集增益降低。

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.

研究动机与目标

• 分析共信道干扰（CCI）对RIS辅助无线系统的影响，该场景在以往研究中常被忽略。
• 在瑞利衰落信道和等功率CCI条件下，推导精确的性能度量——中断概率（OP）、平均BER和遍历容量。
• 通过渐近中断分析揭示分集增益和高信噪比（SNR）下的系统行为。
• 通过蒙特卡洛仿真验证分析结果，并评估实际相位偏移的影响。

提出的方法

• 系统模型假设单天线源通过具有N个反射单元的RIS与单天线目的地通信，同时受到L个等功率干扰源的干扰。
• 在RIS处具备完美的信道状态信息（CSI）的前提下，推导出有效信干比（SIR），从而实现最优相位偏移以最大化SIR。
• 采用非中心化K_G分布建模期望链路的SIR概率密度函数（PDF），并采用卡方分布建模干扰信号，从而实现精确的性能分析。
• 利用广义梅杰G函数和特殊函数，推导出OP、平均BER和遍历容量的精确表达式。
• 推导出渐近中断表达式，以揭示分集增益和高SNR下的系统行为。
• 通过数值结果验证分析表达式，采用蒙特卡洛仿真，并引入考虑幅度损耗的实际相位偏移模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具备完美CSI的条件下，共信道干扰（CCI）如何影响RIS辅助系统的中断概率？
• RQ2 在CCI和瑞利衰落信道下，RIS辅助系统的平均误比特率（BER）的精确表达式是什么？
• RQ3 RIS反射单元数量（N）和干扰源数量（L）如何影响遍历容量与分集增益？
• RQ4 在CCI存在下，渐近中断行为如何？系统可实现的分集增益是多少？
• RQ5 与理想相位偏移相比，实际相位偏移不完美性（如幅度损耗）对系统性能有何影响？

主要发现

• 推导出的中断概率、平均BER和遍历容量的分析表达式在所有场景下均与蒙特卡洛仿真结果完全一致。
• 系统分集增益被确定为 (k + m)/2，其中k和m为RIS链路莱斯衰落模型的形状参数。
• 增加RIS反射单元数量（N）可显著提升系统性能，降低中断概率和误比特率。
• 干扰功率（P_I）越高或干扰源数量（L）越多，系统性能越差，且中断概率随P_I或L的增加而上升。
• 渐近中断表达式表明，分集增益与干扰源数量无关，但分集增益受莱斯衰落参数限制。
• 实际相位偏移引入幅度损耗（如ω_min = 0.8）会与理想相位偏移产生可测量的性能差距，尤其在高SNR下更为明显。