Cell-Free Massive multiple-input multiple-output (MIMO) and reconfigurable intelligent surface (RIS) are two promising technologies for application to beyond-5G networks. This paper considers Cell-Free Massive MIMO systems with the assistance of an RIS for enhancing the system performance under the presence of spatial correlation among the scattering elements of the RIS. Distributed maximum-ratio processing is considered at the access points (APs). We introduce an aggregated channel estimation approach that provides sufficient information for data processing with the main benefit of reducing the overhead required for channel estimation. The considered system is studied by using asymptotic analysis which lets the number of APs and/or the number of RIS elements grow large. A lower bound for the channel capacity is obtained for a finite number of APs and scattering elements of the RIS, and closed-form expressions for the uplink and downlink ergodic net throughput are formulated in terms of only the channel statistics. Based on the obtained analytical frameworks, we unveil the impact of channel correlation, the number of RIS elements, and the pilot contamination on the net throughput of each user. In addition, a simple control scheme for controlling the configuration of the scattering elements of the RIS is proposed, which is shown to increase the channel estimation quality, and, hence, the system performance. Numerical results demonstrate the effectiveness of our system design and performance analysis. In particular, the performance benefits of using RISs in Cell-Free Massive MIMO systems are confirmed, especially if the direct links between the APs and the users are of insufficient quality with a high probability.


翻译:本文在RIS的协助下,考虑在RIS分散部分的空间相关性下提高系统性能的无细胞大规模MIMO系统;在接入点考虑分配最大干线处理;我们采用综合渠道估算方法,为数据处理提供足够的信息,主要有利于减少频道估计所需的管理费用;通过使用使AP和(或)RIS元素数量大幅增长的无空间分析,研究考虑无细胞大规模MIMO系统;在RIS分散部分的空间相关性下,为增强系统性能获得较低的约束性条件;在接入点考虑分配最大干线处理;我们采用综合渠道估算方法,为数据处理提供足够的信息,主要有利于减少频道估计所需的管理费用;我们通过对系统进行无干扰性能分析研究,使TRIS元素的数量和(或)RIS元素数量大幅增长;对频道能力进行较低的约束性能限制性限制性能和RIRS的分散部分;仅从频道统计数据中得出封闭式表达方式;根据获得的分析框架,我们披露了频道相关性的影响、RIS元素的数量和试测的系统对网络的污染程度,因此,通过系统的拟议质量估算结果将增加。

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