In reconfigurable intelligent surface (RIS) aided millimeter-wave (mmWave) communication systems, in order to overcome the limitation of the conventional channel state information (CSI) acquisition techniques, this paper proposes a location information assisted beamforming design without the requirement of the conventional channel training process. First, we establish the geometrical relation between the channel model and the user location, based on which we derive an approximate CSI error bound based on the user location error by means of Taylor approximation, triangle and power mean inequalities, and semidefinite relaxation (SDR). Second, for combating the uncertainty of the location error, we formulate a worst-case robust beamforming optimization problem. To solve the problem efficiently, we develop a novel iterative algorithm by utilizing various optimization tools such as Lagrange multiplier, matrix inversion lemma, SDR, as well as branch-and-bound (BnB). Additionally, we provide sufficient conditions for the SDR to output rank-one solutions, and modify the BnB algorithm to acquire the phase shift solution under an arbitrary constraint of possible phase shift values. Finally, we analyse the algorithm convergence and complexity, and carry out simulations to validate the theoretical derivation of the CSI error bound and the robustness of the proposed algorithm. Compared with the existing non-robust approach and the robust beamforming techniques based on S-procedure and penalty convex-concave procedure (CCP), our method can converge more quickly and achieve better performance in terms of the worst-case signal-to-noise ratio (SNR) at the receiver.


翻译:在可混为一谈的智能表面(RIS)辅助毫米波(mmWave)通信系统中,为了克服常规频道状态信息(CSI)获取技术的局限性,本文件建议采用一种无需常规频道培训程序要求的定位信息,即协助进行波形设计,而不需要常规频道培训程序。首先,我们在频道模型和用户位置之间建立了几何关系,根据用户位置差错,我们通过Taylor近似、三角和权力意味着不平等,以及半无限期放松(SDR)等方法获得大致的CSI误差。第二,为了消除定位错误的不确定性,我们制定了一种最差的、稳健的、最差的波形优化问题。为有效解决问题,我们开发了一种新型的迭代方算法,利用了各种优化工具,如Lagrange 乘数、矩阵正向列、特别提款权以及分支和离线(BnB)。 此外,我们为特别提款权提供了足够的条件,通过输出一级解决方案,并修改BnB的算法,以便在可能的阶段变值任意限制下获得阶段变化解决办法。 最后,我们用更稳稳的S级和最稳的S级方法进行模拟模拟。

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