The reconfigurable intelligent surface (RIS) has drawn considerable attention for its ability to enhance the performance of not only the wireless communication but also the indoor localization with low-cost. This paper investigates the performance limits of the RIS-based near-field localization in the asynchronous scenario, and analyzes the impact of each part of the cascaded channel on the localization performance. The Fisher information matrix (FIM) and the position error bound (PEB) are derived. Besides, we also derive the equivalent Fisher information (EFI) for the position-related intermediate parameters. Enabled by the derived EFI, we verify that both the ranging and bearing information of the user can be obtained when the near-field model is considered for the RIS-User equipment (UE) part of the channel, while only the direction of the UE can be inferred in the far-field scenario. This result is well known in the scenario that the curvature of arrival (COA) is directly sensed by the traditional active large-scale array, and we prove that it still holds when the COA is sensed passively by the large RIS. For the base station (BS)-RIS part of the channel, we reveal that this part of the channel determines the type of the gain provided by the BS antenna array. Besides, in the single-carrier, single snapshot case, it requires both the BS-RIS and the RIS-UE part of the channel works in the near-field scenario to localize the UE. We also show that the well-known focusing control scheme for RIS, which maximizes the received SNR, is not always a good choice and may degrade the localization performance in the asynchronous scenario. The simulation results validate the analytic work. The impact of the focusing control scheme on the PEB performances under synchronous and asynchronous conditions is also investigated.


翻译:可重构智能表面(RIS)因其能够低成本地提高无线通信和室内定位的性能而受到广泛关注。本文研究了异步情况下基于RIS的近场定位的性能限制,并分析了级联信道的每个部分对定位性能的影响。推导了Fisher信息矩阵(FIM)和位置误差界(PEB)。此外,我们还推导了与位置相关的中间参数的等效Fisher信息(EFI)。借助所推导的EFI,我们验证了当将近场模型考虑为RIS-用户设备(UE)部分信道时,可以获得用户的距离和方向信息,而在远程场景下只能推断UE的方向。当使用传统的主动大规模阵列直接感知曲率到达(COA)时,该结果在场景中是众所周知的,我们证明在使用大RIS被动感知COA时,该结果仍然成立。对于基站(BS)-RIS信道的部分,我们揭示了该部分信道决定了BS天线阵列所提供的增益类型。此外,在单载波,单快照情况下,需要BS-RIS和RIS-UE信道部分都在近场情况下才能对UE进行定位。我们还表明,针对RIS的广受关注的聚焦控制方案,即最大化接收信噪比的方案,并非总是一个好选择,在异步场景中可能会降低定位性能。模拟结果验证了分析工作。还调查了聚焦控制方案在同步和异步条件下对PEB性能的影响。

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