This work studies the net sum-rate performance of a distributed reconfigurable intelligent surfaces (RISs)-assisted multi-user multiple-input-single-output (MISO) downlink communication system under imperfect instantaneous-channel state information (I-CSI) to implement precoding at the base station (BS) and statistical-CSI (S-CSI) to design the RISs phase-shifts. Two channel estimation (CE) protocols are considered for I-CSI acquisition: (i) a full CE protocol that estimates all direct and RISs-assisted channels over multiple training sub-phases, and (ii) a low-overhead direct estimation (DE) protocol that estimates the end-to-end channel in a single sub-phase. We derive the deterministic equivalents of signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) and ergodic net sum-rate under Rayleigh and Rician fading and both CE protocols, for given RISs phase-shifts, which are then optimized based on S-CSI. Simulation results reveal that the low-complexity DE protocol yields better net sum-rate than the full CE protocol when used to obtain CSI for precoding. A benchmark full I-CSI based RISs design is also outlined and shown to yield higher SINR but lower net sum-rate than the S-CSI based RISs design due to the large overhead associated with full I-CSI acquisition. Therefore the proposed DE-S-CSI based design for precoding and reflect beamforming achieves high net sum-rate with low complexity, overhead and power consumption.


翻译:本工作研究了在非完美瞬时信道状态信息(I-CSI)下,分布式可重构智能表面(RISs)辅助的多用户多输入单输出(MISO)下行通信系统的净和速率性能,其中I-CSI用于基站(BS)预编码,统计信道状态信息(S-CSI)用于设计RIS相移。针对I-CSI获取,考虑两种信道估计(CE)协议:(i)全CE协议,在多个训练子阶段估计所有直连和RIS辅助信道;(ii)低开销直接估计(DE)协议,在单个子阶段估计端到端信道。我们在瑞利和莱斯衰落以及两种CE协议下,针对给定RIS相移,推导了信干噪比(SINR)和遍历净和速率的确定性等价表达式,并基于S-CSI优化了这些相移。仿真结果表明:当用于预编码的CSI获取时,低复杂度DE协议比全CE协议实现了更优的净和速率。本文还概述了基于全I-CSI的基准RIS设计方案,并显示其相比基于S-CSI的RIS设计获得更高SINR但更低净和速率,原因在于全I-CSI获取的高开销。因此,所提出的基于DE-S-CSI的预编码与反射波束成形设计能够以低复杂度、低开销和低功耗实现高净和速率。

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