Reconfigurable intelligent surfaces (RISs) have promising coverage and data rate gains for wireless communication systems in 5G and beyond. Prior work has mainly focused on analyzing the performance of these surfaces using computer simulations or lab-level prototypes. To draw accurate insights about the actual performance of these systems, this paper develops an RIS proof-of-concept prototype and extensively evaluates its potential gains in the field and under realistic wireless communication settings. In particular, a 160-element reconfigurable surface, operating at a 5.8GHz band, is first designed, fabricated, and accurately measured in the anechoic chamber. This surface is then integrated into a wireless communication system and the beamforming gains, path-loss, and coverage improvements are evaluated in realistic outdoor communication scenarios. When both the transmitter and receiver employ directional antennas and with 5m and 10m distances between the transmitter-RIS and RIS-receiver, the developed RIS achieves $15$-$20$dB gain in the signal-to-noise ratio (SNR) in a range of $\pm60^\circ$ beamforming angles. In terms of coverage, and considering a far-field experiment with a blockage between a base station and a grid of mobile users and with an average distance of $35m$ between base station (BS) and the user (through the RIS), the RIS provides an average SNR improvement of $6$dB (max $8$dB) within an area $> 75$m$^2$. Thanks to the scalable RIS design, these SNR gains can be directly increased with larger RIS areas. For example, a 1,600-element RIS with the same design is expected to provide around $26$dB SNR gain for a similar deployment. These results, among others, draw useful insights into the design and performance of RIS systems and provide an important proof for their potential gains in real-world far-field wireless communication environments.


翻译:为准确了解这些系统的实际性能,本文件开发了一个RIS校验概念原型,并广泛评价其在外地和现实无线通信环境中的潜在收益。特别是,一个在5.8GHz波段运行的160个元素可重新配置的表面,首先设计、制造和精确测量在肛门室中。该表面随后被并入一个无线通信系统,在现实的户外通信情景下,对这些系统的实际性能进行精确分析;为了准确了解这些系统的实际性能,本文件开发了一个RIS校验模型,并广泛评价其在外地和现实的无线通信环境中的潜在收益。 发达的RIS在以5.8GHz波段运行的无线重新配置面上实现了15,000美元至20美元的实际收益。 这个表层首先在无线通信系统中进行设计,然后将光谱化的收益、路面损失和覆盖的改善结果纳入一个更远的SIRS-RIS系统。 在S-RIS电站和远端局域域域域中,可以提供一个更低的SIRS-RIS平均的S-S-RIS值数据,在S-RIS的S-laeval 和远端设计中可以提供一个更近的S-rIS的S-ral-rl-ral-ral-ral-ral-ral-ral-ral-al-reval-reval-al-al-al-al-s-s-s-s-sal-sal-sal-sal-al-s-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sm-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal

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