The emergence of reconfigurable intelligent surfaces (RISs) enables us to establish programmable radio wave propagation that caters for wireless communications, via employing low-cost passive reflecting units. This work studies the non-trivial tradeoff between energy efficiency (EE) and spectral efficiency (SE) in multiuser multiple-input multiple-output (MIMO) uplink communications aided by a RIS equipped with discrete phase shifters. For reducing the required signaling overhead and energy consumption, our transmission strategy design is based on the partial channel state information (CSI), including the statistical CSI between the RIS and user terminals (UTs) and the instantaneous CSI between the RIS and the base station. To investigate the EE-SE tradeoff, we develop a framework for the joint optimization of UTs' transmit precoding and RIS reflective beamforming to maximize a performance metric called resource efficiency (RE). For the design of UT's precoding, it is simplified into the design of UTs' transmit powers with the aid of the closed-form solutions of UTs' optimal transmit directions. To avoid the high complexity in computing the nested integrals involved in the expectations, we derive an asymptotic deterministic objective expression. For the design of the RIS phases, an iterative mean-square error minimization approach is proposed via capitalizing on the homotopy, accelerated projected gradient, and majorization-minimization methods. Numerical results illustrate the effectiveness and rapid convergence rate of our proposed optimization framework.


翻译:重新配置的智能表面(RIS)的出现使我们能够通过使用低成本的被动反射器,建立可编程的无线电波传播,满足无线通信的需要。这项工作研究多用户多投入多输出产出(MIIMO)的多用户多投入产出(MIMO)中能效和光谱效率(SE)之间的非三重权衡,由配备离散的相位转换器的RIS协助的通信连接。为了减少所需的信号间接费用和能源消耗,我们的传输战略设计以部分频道状态信息为基础,包括RIS和用户终端(UTs)之间的统计 CSI以及RIS和基础站之间的即时 CSI。为了调查E-ES交易和光谱效率(SE)之间的非三重权衡,我们为联合优化UTs的传输和光谱性反射效果(IMIMO)之间的平衡,我们设计UTs的预编码,简化了我们配置的系统传输能力,同时协助了IMIS的封闭式解决方案解决方案, 优化了我们设计了核心结构方向的精确度。

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