基于统计CSI的RIS辅助大规模MIMO系统的功率缩放律分析与相移优化

本文考虑一种具有统计信道状态信息（CSI）的上行可重构智能表面（RIS）辅助大规模多输入多输出（MIMO）系统。部署RIS以帮助传统大规模MIMO网络服务于死区中的用户。我们考虑Rician信道模型，并利用长时间统计CSI设计RIS的相移，而最大比合并（MRC）技术基于瞬时CSI用于基站（BS）的有源波束成形。首先，我们揭示了功率缩放律，并推导了适用于任意数量基站（BS）天线数的上行可达速率的闭式表达式。基于理论表达式，我们讨论了若干特殊情况下的速率性能，并给出了使用随机相移时的平均渐近速率。然后，我们通过优化RIS处的相移来考虑和速率最大化与最小用户速率最大化问题。然而，由于数据速率表达式复杂，这两个优化问题难以求解。为解决这些问题，我们提出了一种低复杂度但能取得可观性能的 novel 遗传算法（GA）。最后，提供了大量仿真来验证将RIS集成到传统大规模MIMO系统中的益处。此外，我们的仿真证明了在大规模MIMO系统中部署大尺寸但低分辨率RIS的可行性。