Reconfigurable intelligent surface based cooperative multi-antenna communications

Abstract

Son yıllarda yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzeyler (Reconfigurable Intelligent Surfaces, RIS), modern haberleşme sistemlerinin performansını artırmak için ana odak noktalarından biri olmuştur. Bu kavram oldukça güncel olmasına rağmen, birçok çoklu giriş çoklu çıkış (Multiple Input Multiple Output, MIMO) sistemleriyle birlikte henüz incelenmemiştir. Çalışmanın temel amaçlarından biri, MIMO tekniklerinin kullanımıyla RIS'ın performans kazancını daha da artırmaktır. Bu çalışmada, Rayleigh sönümleme kanallarında RIS destekli MIMO sistemleri incelenmiştir. Ayrıca, RIS destekli MIMO sistemlerinde fiziksel bozulmaların etkisine ışık tutmak amaçlanarak RIS'ın ana donanım sıkıntılarından bazıları göz önünde bulundurulmuştur. Mevcut literatüre göre, gerçek dünya senaryolarında RIS'ın ana sorunlarından biri sınırlı çözünürlüklü faz kaymasıdır. Bu sınırlı çözünürlük, faz gürültüsü olarak adlandırılmış olup RIS üzerinde performans düşürücü bir etkiye sebep olur. Bu çalışma, daha gerçekçi sonuçlar elde etmek için faz gürültüsü varlığında RIS destekli ortak alıcı ve verici anten seçimi (Joint Transmit and Receive Antenna Selection, JTRAS) ve Verici Anten Seçimi-Maksimum Oranlı Birleştirme (Transmit Antenna Selection-Maximal Ratio Combining, TAS-MRC) gibi MIMO sistemlerini analiz etmektedir. Kesinti olasılığı, sembol hata oranı ve asimptotik kesinti olasılığı dahil olmak üzere istatistiksel ifadeler türetilmiştir. Bu sonuçlar Monte Carlo simülasyonlarıyla doğrulanmıştır.Over the recent years, reconfigurable intelligent surfaces (RIS) have been one of the main focuses to enhance the performance of communication systems in future generations. Due to the fact that this concept is very up-to-date, it has not yet been investigated in corporation with many multiple input multiple output (MIMO) systems. One of the main purposes of the study is to exploit the performance gain of RIS even further by the use of MIMO techniques. Here, RIS assisted MIMO systems are investigated over Rayleigh fading channels. Furthermore, we aimed to shed light on effect of physical impairments in RIS assisted MIMO systems. According to the existing literature, one of the main problems of RIS in real world scenarios is limited resolution phase shifting. This limited resolution causes a performance degrading effect on RIS, referred to as phase noise. This work analyzes the RIS assisted MIMO systems such as Joint Transmit and Receive Antenna Selection (JTRAS) and Transmit Antenna Selection-Maximal Ratio Combining (TAS-MRC) in the presence of phase noise to achieve more realistic and practical results. Statistical expressions are derived including outage probability, symbol error rate and asymptotic outage probability. The results are validated by Monte Carlo simulations.