Avaliação de desempenho de sistemas de comunicação sem fio assistidos por superfícies inteligentes reconfiguráveis em canais com desvanecimento Nakagami-m

Abstract

Neste trabalho, o desempenho de uma rede sem fio assistida por superfícies inteligentes reconfiguráveis (RIS) é avaliado em termos da probabilidade de outage e da capacidade ergódica, considerando canais do tipo Nakagami-m. O modelo Nakagami-m permite caracterizar cenários onde o sinal viaja por m agrupamentos de multipercurso, e quando esses agrupamentos chegam ao receptor são somados e modelados por uma variável aleatória do tipo Nakagami-m. Nesse sistema, a RIS opera entre transmissor e receptor, retransmitindo o sinal proveniente do transmissor até o receptor. Tal sistema é considerado um modelo de comunicação de duplo salto, onde o primeiro salto ocorre entre transmissor-RIS e o segundo salto entre RIS-receptor. Três esquemas de deslocamento de fase para os elementos refletores da RIS são considerados: deslocamento ótimo de fase, deslocamento aleatório de fase e deslocamento quantizado de fase. O desempenho do sistema é avaliado por meio de simulações baseadas no método de Monte Carlo, considerando o impacto do número de elementos refletores e da posição da RIS entre transmissor e receptor, assim como o efeito do canal com desvanecimento. A partir dos resultados obtidos, pode-se observar que o aumento do número de elementos da RIS melhora o desempenho dos três esquemas considerados. Observa-se também que, para o esquema de deslocamento aleatório de fase, o número m de agrupamentos de cada salto não altera o desempenho do sistema. Já para os outros dois esquemas, o parâmetro m tem influência em seu desempenho. Além disso, pode-se observar que o desempenho do sistema melhora quando a RIS é posicionada próxima ao transmissor ou receptor.

In this work, the performance of a wireless network assisted by reconfigurable intelligent surfaces (RIS) under Nakagami-m channels is assessed in terms of outage probability and ergodic capacity. The Nakagami-m model allows to characterize scenarios where the signal travels through m multipath clusters and when these clusters reach the receiver, they are added and modeled by a random variable Nakagami-m. In this system, a RIS operates between transmitter and receiver, retransmitting the signal from the transmitter to the receiver. Such a system is considered a double-hop communication model, where the first hop occurs between transmitter-RIS, while the second hop between RIS-receiver. Three phase shifting schemes for RIS reflector elements are considered: optimal phase shifting, random phase shifting, and quantized phase shifting. System performance is evaluated through simulations based on the Monte Carlo method, considering the impact of the number of reflective elements and the RIS position between transmitter and receiver, as well as the effect of the channel fading. From the results obtained, it can be observed that increasing the number of RIS elements improves the performance of the three schemes considered. It is also observed that, for the random phase shift scheme, the number m of clusters of each hop does not change the system performance. For the other two schemes, the parameter m has an influence on their performance. Furthermore, it can be seen that system performance improves when the RIS is placed close to the transmitter or receiver.