Estudo do desempenho de redes baseadas em RSMA e STAR-RIS sob canais correlacionados e SIC imperfeito

Abstract

Neste trabalho, o desempenho em termos da probabilidade de outage para uma rede sem fio constituída por uma estação rádio-base (BS), que pretende se comunicar com dois usuários por meio do protocolo RSMA (Rate Splitting Multiple Access) é investigado. Assume-se que a comunicação por meio do enlace direto entre a BS e os usuários está indisponível devido à presença de obstáculos. Assim, uma superfície inteligente reconfigurável com capacidade de reflexão e transmissão simultânea (STAR-RISs, Simultaneously Transmitting And Reflecting RIS) é usada para auxiliar na comunicação entre a BS e os usuários, que estão localizados em ambos os lados da STAR-RIS. A STAR-RIS opera de acordo com o protocolo mode switching, em que parte dos elementos é usado apenas para transmissão e outra parte para reflexão. Assume-se ainda que os canais estão sujeitos a um desvanecimento do tipo Rice. Importante destacar que, devido ao espaçamento reduzido entre os elementos da STAR-RIS, considera-se o impacto da correlação dos canais sobre o desempenho do sistema; para tanto, o modelo considerado para geração de canais correlacionados é apresentado. Além disso, para um cenário com cancelamento sucessivo de interferência (SIC, Successive Interference Cancellation) imperfeito e canais descorrelacionados, uma expressão analítica aproximada é proposta. O desempenho do sistema é avaliado por meio de simulações exaustivas de Monte Carlo em função de vários parâmetros-chave, como o número de elementos da STAR-RIS, o fator de correlação em função do espaçamento entre elementos e o fator de alocação de potência para as mensagens dos usuários no esquema RSMA.

In this work, the outage performance for a wireless network constituted by a base station (BS) that intends to communicate with two users using the RSMA protocol is investigated. The communication through the direct link between the BS and the users is assumed to be unavailable due to the presence of obstacles. Thus, a simultaneous transmitting and reflecting reconfigurable intelligent surface (STAR-RIS) is used to assist the communication between the BS and users, who are located on both sides of the STAR-RIS. The STAR-RIS operates according to the mode switching protocol, by which part of the elements is used only for transmission and another part for reflection. Channels are assumed to be subject to Rice fading. Importantly, due to the reduced spacing between the STAR-RIS elements, the impact of channel correlation on the system performance is evaluated; for which, the model considered for generating correlated channels is presented. In addition, for a scenario with imperfect successive interference cancellation (SIC) and uncorrelated STAR-RIS elements, an approximate analytical expression is proposed. The system performance is assessed through extensive Monte Carlo simulations as a function of several key parameters, such as the number of STAR-RIS elements, the correlation factor as a function of the element spacing, and the power allocation factor for user messages in the RSMA scheme.