This paper considers beamforming for a reconfigurable intelligent surface (RIS)-aided multiple input single output (MISO) communication system in the presence of Rician multipath fading. Our aim is to jointly optimize the transmit beamformer and RIS phase shift matrix for maximizing the mean signal-to-noise (SNR) of the combined signal received over direct and indirect links. While numerical solutions are known for such optimization problems, this is the first paper to derive closed-form expressions for the optimal beamformer and the phase shifter for a closely related problem. In particular, we maximize a carefully constructed lower bound of the mean SNR, which is more conducive to analytical treatment. Further, we show that effective channel gain under optimal beamforming follows Rice distribution. Next, we use these results to characterize a closed-form expression for the outage probability under the proposed beamforming scheme, which is subsequently employed to derive an analytical expression for the ergodic capacity. Finally, we numerically demonstrate the efficacy of the proposed beamformer solution in comparison with the existing algorithmically obtained optimal solution for the exact mean SNR maximization.


翻译:本文认为,在里西亚多路径衰减的情况下,对可重新配置的智能表面(RIS)辅助多输入单项输出(MISO)通信系统形成光束。我们的目标是共同优化传输光束和RIS阶段转换矩阵,以尽量扩大通过直接和间接联系收到的综合信号的平均信号到噪音。虽然由于这种优化问题已知数字解决办法,但这是为最佳光谱和相近问题的阶段转换器得出封闭式表达式的第一个文件。特别是,我们尽可能扩大经仔细构建的SNR的较低范围,这更有利于分析处理。此外,我们表明,在最佳波束分布下,有效的通道在最佳波束下获益于水稻分布。接下来,我们利用这些结果来描述拟议波形组合计划下的超值概率的封闭式表达式表达方式,该结果随后用于为ERGDE能力作出分析表达。最后,我们用数字方式展示了拟议的紫外解决方案与目前从逻辑角度获得的最优化解决方案相比的功效。

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