This paper investigates a reconfigurable intelligent surface (RIS)-aided multi-user multiple-input multiple-output (MIMO) system by considering only the statistical channel state information (CSI) at the base station (BS). We aim to maximize its sum-rate via the joint optimization of beamforming at the BS and phase shifts at the RIS. However, the multi-user MIMO transmissions and the spatial correlations make the optimization cumbersome. For tractability, a deterministic approximation is derived for the sum-rate under a large number of the reflecting elements. By adopting the approximate sum-rate for maximization, the optimal designs of the transmit beamforming and the phase shifts can be decoupled and solved in closed-forms individually. More specifically, the global optimality of the transmit beamforming can be guaranteed by using the water-filling algorithm and a sub-optimal solution of phase shifts can be obtained by using the projected gradient ascent (PGA) algorithm. By comparing to the case of the instantaneous CSI assumed at the BS, the proposed algorithm based on statistical CSI can achieve comparable performance but with much lower complexity and signaling overhead, which is more affordable and appealing for practical applications. Moreover, the impact of spatial correlation is thoroughly examined by using majorization theory.


翻译:本文通过只考虑基站的统计频道国家信息(CSI),对可重新配置的智能表面(RIS)辅助多用户多投入多产出产出(MIMO)系统进行调查。我们的目标是通过在基础站联合优化BS的波束成形和RIS的相向转移,最大限度地实现总和。然而,多用户IMO的传输和空间关系使优化变得繁琐。为了便于推广,在大量反映要素下为总和率得出了确定性近似值。通过采用最接近的最大化总和率,传输波形和阶段转换的最佳设计可以单独地以封闭的形式进行分解和解决。更具体地说,通过使用填补水的算法和阶段变化的亚优性解决方案,可以通过使用预测的梯度增量算法(PGA)算出一个确定性近似值。通过比较在BS假设的瞬时的CSI案例,基于统计基点成型和阶段转移的最佳设计设计的最佳设计,可以分别以封闭式形式进行拆分解。更精确的CSI的拟议算算法可以保证全球最佳模式能够实现可比较的间接性。

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