Performance Analysis for Reconfigurable Intelligent Surface Assisted MIMO Systems
研究了可重构智能表面（RIS）辅助多输入多输出（MIMO）系统在给定平均错误概率和块长度下的最大可达速率。该结果由有限块长信道编码可扩展性界和基于Berry-Esseen定理、Mellin变换和互信息的逆界组成。数值计算表明，快速收敛到最大可实现的速率作为块长度的增加，也证明了信道方差是一个良好的测量回退的最大可实现的速率，由于有限的块长度。
2022-08-25 cs.IT eess.SP math.IT
Optimizing Reconfigurable Antenna MIMO Systems with Coherent Ising Machines
本文利用相干伊辛机求解可重构天线MIMO的配置选择问题，将选择转化为无约束二次规划，实现接近最优性能且保持多项式复杂度。
2024-03-19 cs.IT eess.SP math.IT
Low Complexity Adaptation for Reconfigurable Intelligent Surface-Based MIMO Systems
基于可重构智能表面（RIS）的传输技术通过适当调整大量无源反射元件的参数，为提高无线通信性能提供了一种有前途的解决方案。这封信提出了一种基于余弦相似性定理的低复杂度算法，用于适应RIS的相移，以辅助多输入多输出（MIMO）传输系统。提出了一种半解析概率方法来推导系统的理论平均误比特概率（ABEP）。此外，理论分析的有效性是通过广泛的计算机模拟支持。
2020-08-04 cs.IT eess.SP math.IT
Statistical CSI-based Design for Reconfigurable Intelligent Surface-aided Massive MIMO Systems with Direct Links
研究了可重构智能表面（RIS）辅助的大规模多输入多输出（MIMO）直联系统的性能，并基于统计信道状态信息（CSI）设计了RIS的相移。我们首先推导出上行链路各态历经数据率的封闭形式表达式。然后，基于推导的表达式，我们使用遗传算法（GA）来解决和数据率最大化问题。通过低复杂度的最大比合并（MRC）和低开销的基于统计CSI的方案，验证了RIS仍然可以给传统的大规模MIMO系统带来显著的性能提升。
2021-02-15 cs.IT eess.SP math.IT
Beyond Cell-free MIMO: Energy Efficient Reconfigurable Intelligent Surface Aided Cell-free MIMO Communications
无小区系统可以通过使多个基站（BS）能够以由于BS的大规模部署而导致的高硬件和电源成本为代价来协作地为没有小区边界的用户服务，从而有效地消除小区间干扰。为了解决这个问题，低成本的可重构智能表面（RIS）可以作为一个有前途的技术，以提高能源效率的无细胞系统。在本文中，我们考虑了一个RIS辅助无小区MIMO系统，其中多个RIS部署在BS和用户周围，以低成本的方式通过可重构反射来创建有利的传播条件，从而增强无小区MIMO通信。为了最大限度地提高能量效率，提出了一种混合波束形成（HBF）方案，该方案由基站处的数字波束形成和基于RIS的模拟波束形成组成。建立了能源效率最大化问题的数学模型，并设计了求解该问题的迭代算法。研究了发射功率、RIS数目和RIS大小对能量效率的影响。理论分析和仿真结果表明，最优能量效率取决于RIS的数量和RIS的大小。数值计算也表明，该系统可以实现更高的能量效率比传统的。
2020-11-17 cs.IT eess.SP math.IT
Statistical CSI-Based Transmission Design for Reconfigurable Intelligent Surface-aided Massive MIMO Systems with Hardware Impairments
本文研究了一种可重构智能表面（RIS）辅助的大规模多用户多输入多输出（MIMO）通信系统，该系统具有收发器硬件损伤（HWI）和RIS相位噪声。与现有的研究成果不同，RIS的相移设计是基于长期的角度信息。首先推导了上行链路可达速率的近似解析表达式。然后，我们使用遗传算法（GA），以最大化和率和最小数据率。最后，我们表明，它是至关重要的，以考虑HWI时，设计的RIS相移。
2021-10-13 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted Massive MIMO: Favorable Propagation, Channel Hardening, and Rank Deficiency
大规模多输入多输出（MIMO）和可重构智能表面（RIS）是5G及以后无线网络的两种有前途的技术，能够提供大阵列增益和多用户空间复用。在不需要额外频带的情况下，这些技术通过同时为许多用户提供服务，在频谱和能源效率方面都有显著改善。作为信道统计的函数的RI辅助的大规模MIMO系统的性能分析在很大程度上依赖于基本属性，包括有利的传播、信道硬化和秩亏。直接链路和间接链路的共存导致聚合信道，其属性是本课程讲稿的主要关注点。对于具有有限数量的天线和散射元件的RIS的实际系统，我们评估相应的确定性度量与瑞利衰落信道作为一个典型的例子。
2021-09-05 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Complexity Reconfigurable MIMO for Millimeter Wave Communications
毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的性能受到传播信道的稀疏性质和收发器处的有限数量的射频（RF）链的限制。可重构天线的引入为设计毫米波MIMO系统提供了额外的自由度。本文提供了一个理论框架，研究毫米波MIMO与可重构天线。基于虚拟信道模型，提出了一种可重构毫米波MIMO系统的结构，该系统在发射端和接收端均采用波束空间混合模拟数字波束形成器和可重构天线。我们表明，采用可重构天线可以提供毫米波MIMO的吞吐量增益。我们推导出在系统中使用可重构天线的平均吞吐量增益的表达式，并进一步推导出信道（准）静态的情况下的中断吞吐量增益的表达式。此外，我们提出了一个低复杂度的算法，用于重新配置状态选择和波束选择。我们的数值结果验证了推导出的吞吐量增益的表达式，并证明了所提出的低复杂度算法的近最佳吞吐量性能。
2018-08-21 cs.IT math.IT
MIMO Systems with Reconfigurable Antennas: Joint Channel Estimation and Mode Selection
可重构天线是提高无线通信系统容量和覆盖范围的一项重要技术。然而，RA系统具有两个主要挑战：（i）模式选择的高计算复杂性，以及（ii）所有模式的信道估计的高开销。在本文中，我们开发了一种低复杂度的迭代模式选择算法的数据传输中的RA-MIMO系统。此外，我们研究了RA多用户MIMO系统的信道估计。然而，给定相干时间，估计所有模式的信道是具有挑战性的。我们提出了一种模式选择方案，选择一个子集的模式，训练信道所选择的子集，并预测信道的其余模式。此外，我们提出了一个预测方案的基础上模式之间的模式相关性。代表性的仿真结果表明，系统的信道估计误差和可实现的和速率为各种选定的模式和不同的信号噪声比（SNR）。
2022-11-24 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Antennas in mmWave MIMO Systems
实现毫米波（mmWave）频带的全部潜力的关键障碍是该频带中的无线信号的差的传播特性。克服该问题的一种方法是使用能够支持更高增益同时提供波束适应性和分集的天线，即，可重构天线在这篇文章中，我们提出了一种新的架构毫米波多输入多输出（MIMO）通信，使用一类新的可重构天线。更具体地，所提出的基于透镜的天线可以在使用单个射频链的同时支持多个辐射图案。此外，通过使用波束选择网络，每个天线波束可以在期望的方向上被操纵。此外，在MIMO架构中使用所提出的可重构天线，我们提出了一种新的信号处理算法，该算法使用天线提供的额外自由度来克服毫米波频率下的传播问题。我们的仿真结果表明，所提出的可重构天线MIMO架构显着提高毫米波通信系统的性能。
2017-10-24 cs.IT cs.NI eess.SP
Deep Multi-Stage CSI Acquisition for Reconfigurable Intelligent Surface Aided MIMO Systems
针对可重构智能表面（RIS）中继无线信道估计中导频开销过大的问题，提出了一种基于导频的RIS中继无线信道估计方法。受深度学习在解决非线性映射问题方面的令人信服的把握的启发，所提出的方法仅激活RIS元素的一部分，并利用相应的级联信道估计来预测另一部分。通过合成深度神经网络（DNN），首先依次估计直接信道和活动级联信道，然后对非活动RIS元件进行信道预测。一个三阶段的训练策略，开发了这种合成DNN。从仿真结果来看，所提出的基于深度学习的方法在减少导频开销和保证可靠的估计精度方面是有效的。
2021-04-23 cs.IT eess.SP math.IT
Antenna Selection in Polarization Reconfigurable MIMO (PR-MIMO) Communication Systems
本文研究极化可重构MIMO系统中的天线选择问题，提出联合极化预编码-后编码及PR-HS/MRT方案，实现3至5 dB信噪比增益并显著提升信道容量和符号错误率性能。
2024-04-03 cs.IT eess.SP math.IT
Linear Degrees of Freedom of MIMO Broadcast Channels with Reconfigurable Antennas in the Absence of CSIT
考虑了在发射端没有信道状态信息的K用户多输入多输出（MIMO）广播信道（BC），假设每个接收端都配备了可重构天线，能够从多个预设模式中选择接收模式的子集.在一般的天线配置下，具有可重构天线的K用户MIMO BC的和线性自由度（LDoF）被完全表征，其对应于通过线性编码策略可实现的最大和DoF。LDoF区域进一步针对一类天线配置来表征。类似的分析扩展到具有可重构天线的K用户MIMO干扰信道，并且针对一类天线配置来表征和LDoF。
2014-09-19 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface aided Massive MIMO Systems with Low-Resolution DACs
我们研究了一种可重构智能表面（RIS）辅助多用户大规模多输入多输出（MIMO）系统，其中低分辨率数模转换器（DAC）配置在基站（BS），以降低成本和功耗。基于最大比传输（MRT）和加性量化噪声模型（AQNM）推导了下行链路可达速率的近似解析表达式，并采用粒子群优化（PSO）算法求解了RIS处连续相移（CPS）和离散相移（DPS）下的速率最大化问题。仿真结果表明，随着DAC量化位数的增加，下行链路总可达速率趋于一个常数，四个量化位数就足以捕获理想理想DAC情况下的大部分性能。
2021-08-23 cs.IT eess.SP math.IT
A New Reconfigurable Antenna MIMO Architecture for mmWave Communication
毫米波（mmWave）频带中可用的大频谱已经成为满足第五代（5G）无线网络的巨大容量需求的有前途的解决方案。然而，为了充分利用毫米波通信的潜力，应该克服诸如严重路径损耗、信道稀疏和硬件复杂性等障碍。在本文中，我们介绍了一种广义的可重构天线多输入多输出（MIMO）架构，利用透镜为基础的可重构天线。所考虑的天线可以通过使用单个RF链同时支持多个辐射模式。由可重构天线提供的自由度首先用于对抗MIMO毫米波系统中的信道稀疏性。此外，为了抑制毫米波频率下的高路径损耗和遮蔽，我们使用速率为1的空时分组码。我们的分析和仿真结果表明，所提出的可重构MIMO架构实现全分集增益，使用线性接收机，而不需要在发送端的信道状态信息。此外，仿真结果表明，所提出的架构优于传统的MIMO传输方案在毫米波信道设置。
2018-03-25 cs.IT math.IT
On the Ergodic Capacity of Reconfigurable Intelligent Surface (RIS)-Aided MIMO Channels
可重构智能表面（RISs）已成为一种很有前途的技术，以提高系统的频谱效率。本文研究了在发射机-接收机、发射机-接收机和发射机-接收机信道中含有确定性视距路径的假设下，基于RIS的多输入多输出信道的各态历经信道容量（ECC）。新的表达式推导出的ECC的上限和下限的特征。为了揭示更多的系统见解，渐近分析的系统ECC在大的信噪比（SNR）和反射元件（RE）的数量的限制。理论分析表明，RIS的部署可以通过影响其高信噪比功率偏移来塑造ECC曲线，并且可以通过增加RE的数量来改善ECC。
2022-08-18 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Transmission through Reconfigurable Intelligent Surface: System Design, Analysis, and Implementation
可重构智能表面（Reconfigurable intelligent surface，RIS）是一种通过改变可编程元表面单元反射系数来实现低成本、高能效的无线信息调制的新技术。然而，RIS的电磁响应通常仅是相位可调的，这大大限制了基于RIS的发射机的可实现速率。在本文中，我们提出了一种RIS架构，以实现幅度和相位变化的调制，这有利于设计的多输入多输出（MIMO）正交幅度调制（QAM）传输。讨论和分析了RIS的硬件约束及其对系统设计的影响。此外，所提出的方法进行评估，使用我们的原型，实现了基于RIS的MIMO-QAM传输在空中实时。
2020-07-05 cs.IT eess.SP math.IT
Space-Frequency Block Code for MIMO-OFDM Communication Systems with Reconfigurable Antennas
提出了一种适用于多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）系统的空频分组编码方案。在该系统中，假设发射机侧的天线阵列的每个元件是可重新配置的，使得它可以独立地改变其辐射图案的物理特性。所提出的分组码是全速率的，并且在频率选择性衰落信道上受益于空间、频率和可重构辐射方向图状态分集。我们提供了仿真结果来证明所提出的分组编码技术的性能，并与以前的SF编码方案在MIMO-OFDM系统中进行比较。结果表明，该码实现了更高的分集和编码增益相比，其他可用的SF码。
2015-08-13 cs.IT math.IT
Ergodic Rate Analysis of Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Massive MIMO Systems with ZF Detectors
这封信研究了可重构智能表面（RIS）辅助大规模多输入多输出（MIMO）系统的两个时标设计。首先，迫零（ZF）检测器应用在基站（BS）基于瞬时聚合CSI，这是直接信道和级联的用户-RIS-BS信道的叠加。然后，通过利用信道的统计特性，我们推导出封闭形式的遍历可达速率表达式。利用梯度上升法，设计了仅依赖于长期统计CSI的RIS无源波束形成。我们证明了遍历速率可以获得$\mathcal{O}\left(\log_{2}\left(MN\right)\right)$数量级的增益，其中$M$和$N$分别表示BS天线和RIS单元的数量。我们还证明了显着的优越性所考虑的RIS辅助系统与ZF检测器的RIS免费系统和RIS辅助系统与最大比合并（MRC）。
2021-11-17 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter Wave Communications with Reconfigurable Antennas
传播信道的高度稀疏性质和收发器处射频（RF）链的受限使用限制了毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的性能。将可重构天线引入毫米波可以为设计毫米波MIMO系统提供额外的自由度。本文提供了一个理论框架，研究毫米波MIMO与可重构天线。我们提出了一种可重构毫米波MIMO的架构，在发射机和接收机的波束空间混合模拟-数字波束形成器和可重构天线。我们表明，采用可重构天线可以提供毫米波MIMO的吞吐量增益。我们推导了使用可重构天线的平均吞吐量增益的表达式，并考虑到大量的重配置状态的情况下，进一步简化的表达式。此外，我们提出了一个低复杂度的算法的重新配置状态和波束的选择，它实现了几乎相同的吞吐量性能的最佳选择的重新配置状态和波束的穷举搜索。
2018-05-31 cs.IT math.IT
MIMO Detection for Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted Millimeter Wave Systems
毫米波（mmWave）频带或诸如THz的高频具有大的未开发频带。然而，由于严重的衰减，毫米波频带上的无线信道通常仅具有一个或两个路径。信道特性限制了其在多输入多输出（MIMO）系统中的发展，MIMO系统可以通过提高频谱效率来提高吞吐量。可重构智能表面（RIS）的发展为毫米波通信提供了新的机遇。在这项研究中，我们提出了一个毫米波系统，它使用低精度模数转换器（ADC），与几个RIS阵列的帮助。此外，每个RIS阵列具有许多具有离散相移的反射器。通过采用线性空间处理，这些阵列形成具有增加的空间分集和功率增益的合成信道，其可以支持MIMO传输。根据合成信道的特点，设计了一种MIMO检测器. RIS阵列可以提供空间分集以支持MIMO传输，然而，RIS阵列的不同数量、天线配置和部署影响比特出错率（BER）性能。我们提出了状态演化（SE）方程来评估在不同情况下的建议MIMO检测器的BER。利用SE方程对室内系统的误码率性能进行了深入的研究。我们揭示了许多关于RIS效应的见解，并讨论了适当的系统设置。此外，我们的研究结果表明，低成本的硬件，如3位ADC的接收端和2位均匀离散相移的RIS阵列，只有适度退化的系统性能。
2020-04-13 cs.IT eess.SP math.IT
Approaching Massive MIMO Performance with Reconfigurable Intelligent Surfaces: We Do Not Need Many Antennas
本文提出可重构智能基站（RIBS）结构，将小型天线阵列置于RIS前方，通过推导近场信道模型并优化功率与RIS配置，证明该结构能以较低硬件成本逼近大规模MIMO性能。
2024-10-22 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Refractive Surfaces: An Energy-Efficient Way to Holographic MIMO
全息多输入多输出（HMIMO）技术将大量的天线单元集成到一个紧凑的空间中，以实现空间连续的孔径，在未来的无线网络中起着重要的作用。在具有众多天线元件的情况下，由于不可接受的功耗，难以经由相控阵列实现HMIMO。为了解决这个问题，可重构折射表面（RRS）是HMIMO的能量有效的使能器，因为该表面没有昂贵的移相器。与传统的作为被动中继的元表面不同，RRS被用作发射天线，其中远场近似不再成立，这促使新的性能分析框架。在这封信中，我们首先推导出基于RRS的单用户下行链路系统的数据率，然后将其功耗与相控阵进行比较。仿真结果验证了我们的分析，并表明RRS是一种能量有效的方式HMIMO。
2022-07-06 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Holographic Surface: A New Paradigm for Ultra-Massive MIMO
针对超大规模MIMO因相控阵成本和功耗高难以实现的问题，本文提出可重构全息表面（RHS）新范式，概述其原理、技术及通信原型实现与实验结果，为6G超大规模MIMO提供低成本方案。
2024-11-28 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Empowered MIMO Systems
可重构智能表面（RIS）辅助通信由于其在实现成本和端到端系统性能方面的诱人优势而成为未来无线通信系统的一个有希望的候选者。本文提出了两种新的基于RISs的多输入多输出（MIMO）系统设计，以提高现有MIMO通信系统的性能和频谱效率。垂直贝尔实验室分层空时（VBLAST）和Alamandro的计划已被认为是在这项研究中，并提出了基于RIS的简单收发器架构。对于基于VBLAST的新系统，RIS用于增强基于零和消除的次优检测过程的性能，以及通过调整RIS元素的相位来传送额外的比特，从而显著地提高频谱效率。此外，RIS元件已被利用，以便重新设计在发射机侧具有单个射频（RF）信号发生器的Alamanti方案，并增强其误比特率（BER）性能。蒙特卡洛模拟显示我们的系统设计的有效性，它已被证明，他们优于参考方案的BER性能和频谱效率。
2020-08-10 cs.IT eess.SP math.IT
GMD-Based Hybrid Beamforming for Large Reconfigurable Intelligent Surface Assisted Millimeter-Wave Massive MIMO
可重构智能表面（RIS）被认为是一种节能的方法来重塑无线环境，以提高吞吐量。它的无源特性大大降低了能源消耗，这使得RIS成为实现未来智慧城市的一项有前途的技术。现有的RIS波束成形设计主要集中在优化单载波系统的频谱效率。为了避免MIMO系统中不同空间域子信道上复杂的比特分配问题，本文提出了一种基于几何均值分解的波束形成算法，该算法适用于RIS辅助的毫米波（mmWave）混合MIMO系统，使得空间域中多个并行数据流可以被认为具有相同的信道增益。具体地说，通过利用毫米波大规模MIMO信道在不同子载波上的共同角域稀疏性，利用同步正交匹配追踪算法从过采样2D-DFT码本中获得最佳多波束。此外，通过仅利用与视线（LoS）信道相关联的到达角和离开角，我们进一步通过最大化LoS信道的阵列增益来设计RIS的移相器。仿真结果表明，该方案可以获得更好的BER性能比传统的方法。我们的工作是一个初步的尝试，讨论了宽带混合波束赋形的RIS辅助毫米波混合MIMO系统。
2020-01-17 cs.IT eess.SP math.IT
Cell-Edge Performance Booster in 6G: Cell-Free Massive MIMO vs. Reconfigurable Intelligent Surface
本文针对6G网络的小区边缘性能瓶颈，构建公平场景并利用大量数值结果，对比分析了可重构智能表面与无小区大规模MIMO在小区边缘的性能表现。
2023-04-07 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis of a Two-Tile Reconfigurable Intelligent Surface Assisted $2\times 2$ MIMO System
我们考虑一个两瓦可重构智能表面（RIS）辅助无线网络与两个天线的发送器和接收器在瑞利衰落。我们表明，平均接收的信噪比（SNR）的最佳传输和组合向量的左，右奇异空间的RIS接收机和发射RIS信道矩阵，分别给出。此外，RIS的两个瓦片处的最佳相位由后一空间的元素的相位确定。为了进一步研究相位补偿的效果，我们统计特征的平均SNR的所有可能的组合的传输和组合方向有关后者的奇异空间推导出新的表达式的中断概率和吞吐量的每一个这些模式。此外，为了比较，我们推导出相应的表达式，在没有RIS。我们的结果表明，由于相位补偿在RIS的$2$ \，dB的近似SNR改善。
2020-10-08 cs.IT eess.SP math.IT
Spatial Multiplexing in Near Field MIMO Channels with Reconfigurable Intelligent Surfaces
我们考虑一个多输入多输出（MIMO）信道中存在的可重构智能表面（RIS）。具体来说，我们的重点是分析在视线和低散射MIMO信道在近场的空间复用增益。我们证明了信道容量是通过对角化端到端的发射机-RIS-接收机信道，并应用注水功率分配到发射机-RIS和RIS-接收机信道的奇异值的有序乘积来实现的。获得的容量实现的解决方案需要一个反射系数的非对角矩阵的RIS。在近乎被动的RIS假设下，即，在RIS处不需要功率放大，仅在发射机处需要注水功率分配。我们将RIS的这种设计称为线性的、近被动的、可重构的电磁对象（EMO）。此外，我们介绍了一个封闭的形式和低复杂度的设计RIS，其反射系数矩阵是对角与单位模条目。反射系数由两个聚焦函数的乘积给出：一个将RI辅助信号转向MIMO发射机的中点，另一个将RI辅助信号转向MIMO接收机的中点。我们证明了这个解决方案是精确的，在视线通道下的傍轴设置。在视线（自由空间）信道的大量数值模拟的帮助下，我们表明，所提出的方法提供的性能（速率和自由度）接近通过数值求解非凸优化问题，在一个高的计算复杂性。此外，我们表明，它提供的性能接近所实现的EMO（非对角RIS）在大多数考虑的案例研究。
2023-01-08 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Massive MIMO: Harnessing the Power of the Electromagnetic Domain for Enhanced Information Transfer
针对传统 mMIMO 阵列孔径受限的问题，本文提出利用可重构像素天线调控 EMR 方向图的可重构 mMIMO 架构，并设计三级预编码，显著提升频谱与能量效率。
2023-02-22 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz Massive MIMO with Holographic Reconfigurable Intelligent Surfaces
我们提出了一个全息版本的可重构智能表面（RIS），并研究其应用于太赫兹（THz）大规模多输入多输出系统。利用太赫兹电子元件的小型化，RISs可以通过密集封装亚波长单元来实现，从而实现连续或准连续的孔径，并实现全息通信。在本文中，特别是，我们推导出的光束图案的全息RIS。我们的分析表明，一个理想的全息RIS的光束模式可以很好地近似的超密集RIS，它有一个更实际的硬件架构。此外，我们提出了一个闭环信道估计（CE）计划，以有效地估计宽带信道的特点太赫兹大规模MIMO系统的全息RISs辅助。所提出的CE方案包括下行链路粗CE阶段和上行链路细粒度CE阶段。明智地设计上行链路导频信号以获得良好的CE性能。此外，为了减少导频开销，我们引入了一种基于压缩感知的CE算法，该算法利用了太赫兹MIMO信道在角度域和延迟域的双重稀疏性。仿真结果表明了全息RISs相对于非全息RISs的优越性，以及所提出的CE方案的有效性。
2021-03-19 cs.IT eess.SP math.IT
Optimizing the Achievable Rate in MIMO Systems Assisted by Multiple Reconfigurable Intelligent Surfaces
近年来，人们越来越关注可重构智能表面（RISs）作为实现智能无线电传播环境的使能器，它可以在未来的无线网络中提供低能耗的性能改进。然而，为了获得RIS的潜在增益，联合设计RIS元素的发送预编码器和相位两者是至关重要的。在此背景下，在本文中，我们研究了使用多个RIS面板在一个并行或多跳配置，以协助多流多输入多输出（MIMO）通信的目的。为了解决预编码器和RIS元件的非凸联合优化问题，以最大化可实现的速率为目标，我们提出了一种基于单调加速邻近梯度（mAPG）方法的迭代算法，其中包括外推步骤，以提高收敛速度和监控变量，以确保算法的充分下降。基于充分下降的性质，我们然后提出了一个详细的收敛性分析的算法，其中包括表达式的步长。在不同场景下的仿真结果表明，除了是有效的，所提出的方法往往可以实现更高的速率比其他基准计划。
2022-07-25 cs.IT eess.SP math.IT
High-Rate Space Coding for Reconfigurable 2x2 Millimeter-Wave MIMO Systems
毫米波链路具有视距性质。因此，在毫米波段中操作的多输入多输出（MIMO）系统可能无法实现完全的空间分集或复用。在本文中，我们利用可重构天线和高天线方向性在毫米波段提出了一种速率2空间编码的设计2x2 MIMO系统。所提出的方案可以在接收端用低复杂度的最大似然检测器进行解码，但与传统的空间复用方案（如垂直贝尔实验室分层空时架构（VBLAST））相比，它可以提高毫米波系统的误比特率性能。使用数值模拟，我们证明了所提出的代码的效率，并显示其优越性相比，现有的速率2空时分组码。
2015-05-24 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface for Interference Alignment in MIMO Device-to-Device Networks
在多输入多输出（MIMO）设备到设备（D2D）网络中，干扰和秩不足信道是实现高自由度（DoF）的关键瓶颈。在本文中，我们提出了一种可重构智能表面（RIS）辅助干扰对齐策略，同时减轻同信道干扰和应付秩亏信道，从而提高干扰对齐条件的可行性，并反过来增加可实现的自由度。关键使能器是一种通用的低秩优化方法，该方法通过联合设计相移和收发器矩阵来最大化可实现的DoF。为了解决耦合优化变量的独特挑战，我们开发了一个块结构的黎曼追求方法，通过求解固定秩和单位模约束的最小二乘法子问题，随着秩的增加。最后，为了降低计算复杂度并获得良好的DoF性能，我们开发了统一的黎曼共轭梯度算法，分别利用非紧Stiefel流形和复圆流形交替优化固定秩收发器矩阵和单位模约束移相器。数值结果表明了部署RIS的有效性和所提出的块结构黎曼追踪方法在可实现的自由度和可实现的和速率方面的优越性。
2020-05-14 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO-NOMA Networks Relying on Reconfigurable Intelligent Surface: A Signal Cancellation Based Design
可重构智能表面（RIS）技术是下一代网络信号增强或消除技术的一个重要发展方向。在多输入多输出（MIMO）非正交多址接入（NOMA）网络中，采用基于信号消除（SCB）的设计方法，设计了一种新的无源波束赋形权。为了实现所提出的SCB设计，我们首先评估所需的最小数量的RIS在漫散射和异常反射器的情况下。然后，新的信道统计特性的有效信道增益的特征。为了评估网络的性能，我们推导出封闭形式的表达式的中断概率（OP）和遍历率（ER）。分集阶数以及高信噪比（SNR）斜率的工程见解。有限分辨率设计的网络的性能进行了评估。我们的分析结果表明：i）集群间的干扰，可以消除大量的RIS元素的帮助下; ii）的视线的BS-RIS和RIS的用户链接是必需的漫散射的情况下，而LoS链接是不强制的异常反射体的情况下。
2020-03-04 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation Method and Phase Shift Design for Reconfigurable Intelligent Surface Assisted MIMO Networks
在本文中，我们研究了一个大的智能表面（LIS）辅助多输入多输出（MIMO）通信系统的信道估计。由于通信设备和LIS终端的紧密接近，期望的信道可以被建模为病态的视线信道。为了高质量地估计这些信道矩阵，我们提出了一种两阶段信道估计方法。特别是，我们采用传统的时分双工MIMO信道估计技术在第一阶段估计终端之间的直接MIMO信道。在第二阶段，我们建议使用最近开发的双线性自适应矢量近似消息传递（BAdVAMP）算法估计病态LIS信道。BAdVAMP方法已被证明是准确和鲁棒的压缩感知中的病态字典学习问题。我们还提出了一个相移设计的LIS使用的估计通道。具体来说，我们制定了一个优化问题，最大限度地提高总信道增益在用户。推导了LIS中各无源元件相移的封闭表达式。数值结果表明，提出的BAdVAMP基于LIS信道估计性能优于其对应的方案双线性广义AMP（BiGAMP），特别是当信道矩阵是病态的。
2020-06-01 cs.IT eess.SP math.IT
Increased Multiplexing Gain with Reconfigurable Surfaces: Simultaneous Channel Orthogonalization and Information Embedding
本文研究利用ARIS和FRIS在MU-MIMO信道正交化的同时嵌入额外信息，从而在基站天线过剩场景下充分挖掘系统自由度并提升复用增益。
2023-10-30 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Based Index Modulation: A New Beyond MIMO Paradigm for 6G
通过可重构智能表面（RISs），它控制入射波的反射/散射特性，以故意的方式，以提高在接收机的信号质量的传输，出现作为未来的无线通信系统的一个有前途的候选人。在本文中，我们提出的空间移位键控（RIS-SSK）和空间调制（RIS-SM）方案的RI辅助通信的概念，索引调制（IM）的领域。这两种方案不仅通过输入信号的智能反射来实现，以改善接收，而且还通过以巧妙的方式利用IM原理用于多个接收天线的索引来实现，以改善频谱效率。最大能量为基础的次优（贪婪）和穷举搜索为基础的最佳（最大似然）检测器的建议RIS-SSK/SM计划制定和一个统一的框架，推导出他们的理论平均误比特概率。广泛的计算机模拟结果提供评估的潜力，RIS辅助IM计划，以及验证我们的理论推导。我们的研究结果还表明，基于RIS的IM，使高数据率与显着低的出错率，可以成为未来的无线通信系统的背景下，超越多输入多输出（MIMO）解决方案的潜在候选人。
2020-01-29 cs.IT eess.SP math.IT
High Rate/Low Complexity Space-Time Block Codes for 2x2 Reconfigurable MIMO Systems
在本文中，我们提出了一种全速率全分集空时分组码（STBC）的2x2可重构多输入多输出（MIMO）系统，需要一个低复杂度的最大似然（ML）检测器。我们考虑配备有线性天线阵列的发射机，其中每个天线元件可以独立地配置为创建朝向选定方向的定向辐射图案。发射天线的这种特性允许我们增加系统的数据率，同时降低接收机的计算复杂性。所提出的STBC在2x2 MIMO系统中实现了2的编码速率，并且可以经由具有阶数M的复杂度的ML检测器来解码，其中M是所发送的符号星座的基数。我们的模拟表明，所提出的代码相比，现有的STBC在文献中的效率。
2015-05-24 cs.IT math.IT
Reconfigurable MIMO towards Electro-magnetic Information Theory: Capacity Maximization Pattern Design
针对面向EIT的PR-MIMO容量最大化问题，提出相关修正与闭式功率分配两阶段方向图设计方法，显著优于传统MIMO。
2022-03-12 cs.IT math.IT
Transmitter Side Beyond-Diagonal Reconfigurable Intelligent Surface for Massive MIMO Networks
本研究提出基站侧部署非对角反射智能表面（BD-RIS）的策略，结合新型流形算法优化BD-RIS系数与功率控制系数，以最大化时分双工大规模MIMO网络的最小频谱效率，数值验证其性能优于传统传输方案。
2023-07-19 cs.IT eess.SP math.IT
Optimizing Configuration Selection in Reconfigurable-Antenna MIMO Systems: Physics-Inspired Heuristic Solvers
本文利用物理启发式求解器（相干伊辛机、量子退火和模拟退火）优化可重构天线MIMO系统的配置选择，以最大化信噪比和香农容量，实现接近最优性能且复杂度为多项式级。
2024-06-25 cs.IT eess.SP math.IT
Simultaneous Transmission and Reflection Reconfigurable Intelligent Surface Assisted MIMO Systems
在这项工作中，我们研究了一种新的同时传输和反射可重构智能表面（RIS）辅助的多输入多输出下行链路系统，其中三个实用的传输协议，即能量分裂（ES），模式选择（MS），和时间分裂（TS），进行了研究。对于所考虑的系统，我们最大化的加权和率与多个耦合变量。为了解决这个优化问题，提出了一种块坐标下降算法来重新表达这个问题，并设计预编码矩阵和发射和反射系数（TARCs）的交替方式。具体而言，对于ES方案，预编码矩阵使用拉格朗日对偶方法求解，而TARCs使用惩罚凹凸方法获得。此外，所提出的方法扩展到MS计划通过解决混合整数问题。此外，我们解决了制定的问题，TS计划使用一维搜索和优化最小化技术。仿真结果表明：STAR-RIS比仅反射RIS具有更好的性能; 2）在单播通信中，TS方案优于ES和MS方案，而在广播通信中，ES方案优于TS和MS方案。
2021-06-17 cs.IT eess.SP math.IT
Efficient MIMO Transmission of PSK Signals With a Single-Radio Reconfigurable Antenna
最近推出的信号空间方法复用多个数据符号使用一个单一的无线电开关天线的关键发展。首先，我们介绍了一个一般的框架，用于表示的空间复用关系的发射信号，只从天线散射参数和调制电抗性负载。这不仅避免了繁琐的远场计算，而且更重要的是提供了一种用于空间复用任何调制阶数的PSK信号的有效且实用的策略。所提出的方法允许确保在所有符号组合的驱动天线的输入处的恒定阻抗匹配，并且重要的是仅使用无源可重构负载。这避免了分别使用可重新配置的匹配网络和有源负载，从而克服了先前单馈MIMO技术在复杂度、效率和功耗方面的严格限制。所提出的方法说明了一个现实的非常紧凑的天线系统的设计优化多路复用QPSK信号。结果表明，该方法可以在降低射频复杂度的情况下为低端用户终端带来MIMO优势。
2014-02-05 cs.IT math.IT
Passive Beamforming and Information Transfer Design for Reconfigurable Intelligent Surfaces Aided Multiuser MIMO Systems
研究了多用户多输入多输出（MIMO）系统中的无源波束形成和信息传输（PBIT）技术，该技术采用可重构智能表面（RIS），RIS通过无源波束形成增强主通信，同时通过空间调制（调整反射元件的开关状态）传递附加信息。对于被动波束形成设计，我们提出了最大化的总和信道容量的RI辅助多用户MIMO信道，并制定了两步随机规划的问题。基于样本平均近似（SAA）的迭代算法的有效的被动波束形成设计所考虑的计划。为了在复杂性和性能之间取得平衡，我们提出了一种简化的波束形成算法，通过将随机规划近似为确定性交替优化问题。对于接收器设计，接收器处的信号检测是双线性估计问题，因为RIS信息被乘法调制到反射元件的反射信号上。为了解决这个双线性估计问题，我们开发了一个涡轮消息传递（TMP）算法，其中与问题相关的因子图分为两个模块：一个用于估计用户信号和其他用于估计RIS的开关状态。这两个模块迭代执行，以产生一个接近最优的低复杂度的解决方案。此外，我们扩展设计的多用户MIMO PBIT方案从单RIS到多RIS，利用单RIS和多RIS系统模型之间的相似性。大量的仿真结果证明了我们的无源波束形成和接收机设计的优势。
2019-12-28 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Full-Duplex mmWave MIMO: Channel Estimation, Passive and Hybrid Beamforming
毫米波（mmWave）全双工（FD）是一种很有前途的技术，可以通过最大限度地利用时间和丰富的毫米波频率资源来提高容量。尽管如此，由于FD自干扰（SI）和毫米波的有限覆盖范围，它仍然受到限制。因此，本研究在可重构智能表面（RIS）的帮助下深入研究FD毫米波MIMO，以提高容量。首先，我们证明了在远场平面波前假设下，FD天线阵列的角域互易性。因此，提出了一种用于联合下行链路-上行链路（DL-UL）信道估计的策略。为了估计SI信道、直接信道和级联信道，分别提出了基于Khatri-Rao乘积的压缩感知（KR-CS）、分布式压缩感知（D-CS）和基于两阶段多测量向量的D-CS（M-D-CS）框架。此外，我们提出了一种基于角域级联通道的无源波束形成优化方案。针对混合波束形成结构，提出了一种新的混合加权最小均方误差信号干扰消除方法（H-WMMSE-SIC）。仿真已经揭示，与单独的DL/UL信道估计相比，联合DL-UL处理显著地提高了估计性能。特别是，当干扰噪声比小于35 dB时，我们提出的H-WMMSE-SIC提供了与全数字WMMSE-SIC相当的频谱效率性能。最后，分析了所提方法的计算复杂性。
2023-03-25 cs.IT eess.SP math.IT
Tri-Domain Multiuser MIMO Precoding Optimization and Channel Estimation with Spatial-EM Reconfigurable Antenna
针对集成空间可重构天线与电磁可重构天线的三域多用户MIMO系统，提出基于加权最小均方误差的三域联合优化算法和低开销移动辅助信道估计方案，提升频谱效率与信道估计精度。
2026-08-27 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Interference Channels Assisted by Reconfigurable Intelligent Surfaces: Mutual Coupling Aware Sum-Rate Optimization Based on a Mutual Impedance Channel Model
研究了多用户多输入多输出干扰网络中存在多个可重构智能表面的问题。整个系统是通过使用一个基于电路的模型的发射机，接收机和RIS。这是通过利用互阻抗的电磁工具来获得的，互阻抗解释了信号传播和紧密间隔的散射元件之间的互耦合。提出了一种迭代的、可证明收敛的优化算法，该算法最大化RI辅助多用户干扰信道的和速率。数值结果表明，在优化阶段考虑单元间的互耦，可以提高和速率。
2021-02-14 cs.IT math.IT
Foundations of MIMO Radar Detection Aided by Reconfigurable Intelligent Surfaces
可重构智能表面（RIS）是由廉价元件制成的近无源平坦层，其可以向撞击电磁波添加可调相移，并且由低功率电子电路控制。研究了雷达回波信号增强（RI）辅助下的多输入多输出（MIMO）雷达目标检测的基本问题。首先，介绍了一个通用的信号模型，其中包括使用多达两个RISs（一个靠近雷达发射机，一个靠近雷达接收机）的可能性，并包括一个单基地和一个双基地雷达配置，或没有一个视线的前景目标。在诉诸广义似然比检验（GLRT），设计的相位偏移引入RIS元素制定为最大化的检测概率在一个固定的虚警概率的位置下检查，并提出了合适的优化算法。性能分析显示了RIS的存在所带来的好处，并阐明了关键系统参数之间的相互作用，如雷达RIS距离，RIS大小和预期目标的位置。一个主要发现是，RIS应该更好地部署在发射侧和接收侧雷达阵列的近场。本文的结论是讨论一些开放的问题和预期的应用。
2021-11-26 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Radar Meets Polarization-Reconfigurable Antennas: A BCRB Perspective
本文研究极化可重构天线辅助的MIMO雷达系统，推导其感知性能的贝叶斯克拉美罗界，提出交替优化算法联合优化发射协方差矩阵与收发相移矢量以最小化该界，数值结果验证了算法有效性。
2025-10-11 cs.IT eess.SP math.IT
Dynamic Agile Reconfigurable Intelligent Surface Antenna (DARISA) MIMO: DoF Analysis and Effective DoF Optimization
提出集成于MIMO收发机的DARISA与DAAPR策略，推导DoF随系统参数变化的关系，并基于FP和SDR优化EDoF以提升信道容量。
2025-07-25 cs.IT eess.SP math.IT
Cell-Free Massive MIMO SWIPT with Beyond Diagonal Reconfigurable Intelligent Surfaces
本文研究将非对角可重构智能表面（BD-RISs）集成到无蜂窝大规模MIMO（CF-mMIMO）系统以支持SWIPT，提出分析框架评估信息用户频谱效率和能量用户收集能量，启发式散射矩阵设计显著提升性能。
2025-08-20 cs.IT eess.SP math.IT
Non-Uniform Linear Antenna Array Design and Optimization for Millimeter Wave Communications
本文研究了毫米波视距多输入多输出（MIMO）信道下非均匀线性天线阵列（NULA）的优化问题。我们的重点是最大化的系统有效复用增益（EMG），通过优化发射/接收NULA中的各个天线位置。这里，EMG被定义为在有限SNR下信道实际支持的信号流的数量。我们首先推导出任意部署NULA的渐近信道本征值的解析表达式时，渐近地，端到端的距离是足够大的发射/接收NULA的孔径大小相比。基于导出的表达式，我们证明了，渐近最优的Nynomial部署，最大限度地提高可实现的EMG应遵循groupwise Fekete点分布。具体而言，天线应在物理上分组为K个独立的均匀线性天线阵列（ULA），每个天线内具有最小可行天线间距，其中K是要实现的目标EMG;此外，这些K个ULA的中心遵循Fekete点分布。我们数值验证了这样的Nynomial部署的渐近最优性，并将其扩展到一个groupwise投影拱型（PAT）Nynomial部署，这为毫米波LoS MIMO系统提供了一个更实际的选择与现实的非渐近配置。数值例子表明，优化NULA的显着的容量增益比传统的ULA。
2016-08-16 cs.IT math.IT
Matrix-Calibration-Based Cascaded Channel Estimation for Reconfigurable Intelligent Surface Assisted Multiuser MIMO
可重构智能表面（RIS）被认为是超5G网络范式的重要组成部分，因为与大规模多输入多输出（MIMO）技术相比，它可以以更低的硬件成本和能耗提供类似或更高的阵列增益。在本文中，我们专注于一个基本的挑战，即信道捕获，在一个RIS辅助多用户MIMO系统。在这种具有完全无源RIS元件的系统中，最先进的信道获取方法通过采用过长的训练序列来估计级联的发射机到RIS和RIS到接收机信道。为了估计级联的信道与负担得起的训练开销，我们制定的信道估计问题的RIS辅助多用户MIMO系统作为一个矩阵校准为基础的矩阵分解任务。通过利用慢变信道分量和隐藏信道稀疏性的信息，我们提出了一种新的基于消息传递的级联信道分解算法。此外，我们提出了一个分析框架，以表征所提出的估计在大系统极限的理论性能界。最后，通过仿真实验验证了该算法的高精度和高效率.
2020-07-08 cs.IT math.IT
