非完美相关信道下有源RIS赋能的多对用户双向全双工通信系统 | 彭张节,刘雪雅,刘雪,潘存华,陈显哲,任红

RIS平面通常尺寸较小、元件间排列紧密，将导致反射信道存在空间相关性。同时，有源RIS赋能的系统中，如何设计级联信道估计方案值得研究。

首先，利用LMMSE方法估计出用户-有源RIS-用户间的级联信道。然后，基于级联信道的估计值，利用随机矩阵理论与大数定律，推导出系统可达和速率的近似闭合表达式。同时，本文推导出视距链路下（系统中散射体较少时）系统可达和速率的渐近表达式。此外，本文考虑用户发射功率相同时，推导出高信噪比条件下系统可达和速率的渐近表达式。基于推导的近似闭合表达式，设计RIS相移优化方案以提升系统性能。

文章验证在空间相关信道模型下，有源RIS赋能的多对用户双向全双工通信系统中推导结论的正确性；并在系统总功耗相同的情况下，比较了有源RIS与无源RIS为该系统所带来的可达和速率增益。

由图2可见，不同场景下推导的可达和速率的近似闭合表达式与相应的蒙特卡洛仿真结果匹配，验证了本文中推导的理论结果的准确性。本文采用的LMMSE估计方法得到的系统可达和速率与完美CSI假设下的结果相近。此外，在相同系统功耗下，有源RIS带来的系统性能增益优于无源RIS。与无源RIS相比，有源RIS可以克服“乘性衰落”效应带来的性能损失，即显著提升多对用户双向全双工通信系统的可达和速率。

由图3可见，当莱斯因子不断增大时，信道的视距分量相较于非视距分量强度逐渐增大。由于视距分量为已知信息，此时由信道估计误差带来的系统性能损失逐渐减小。随着莱斯因子增大，系统在不同场景下的可达和速率不断增加并逐渐收敛于不同数值。这意味着当信道环境中存在丰富的散射时，系统可达和速率较低；反之系统可达和速率较高。因此，在有源RIS赋能的多对用户双向全双工通信系统中，应该将有源RIS部署在散射体较少的位置。