Reconfigurable intelligent surfaces (RISs) represent a new technology that can shape the radio wave propagation and thus offers a great variety of possible performance and implementation gains. Motivated by this, we investigate the achievable sum-rate optimization in a broadcast channel (BC) in the presence of RISs. We solve this problem by exploiting the well-known duality between the Gaussian multiple-input multiple-output (MIMO) BC and the multiple-access channel (MAC), and we correspondingly derive three algorithms which optimize the users' covariance matrices and the RIS phase shifts in the dual MAC. The users' covariance matrices are optimized by a dual decomposition method with block coordinate maximization (BCM), or by a gradient-based method. The RIS phase shifts are either optimized sequentially by using a closed-form expression, or are computed in parallel by using a gradient-based method. We present a computational complexity analysis for the proposed algorithms. Simulation results show that the proposed algorithms converge to the same achievable sum-rate, although the gradient-based optimization methods are generally more time efficient. In addition, we demonstrate that the proposed algorithms can provide a gain in the RIS-assisted BC assisted by multiple RISs and that the gain depends on the placement of the RISs.


翻译:重新配置的智能表面(RIS)代表着一种能够影响无线电波传播的新技术,因此提供了各种可能的性能和执行收益。为此,我们研究了在RIS在场的情况下在广播频道(BC)中可以实现的和速率优化。我们利用高西亚多投入多输出(MIMO)BC和多接入频道(MAC)之间的众所周知的双重性来解决这个问题。我们相应地得出了三种算法,这些算法可以优化用户的共变矩阵和双MAC的RIS阶段变化。用户的共变组合矩阵通过以区块协调最大化(BCM)或梯度为基础的方法的双重分解法进行优化。RIS阶段的转变要么通过使用封闭式表达方式按顺序优化,要么通过使用基于梯度的方法平行进行计算。我们对拟议的算法的复杂程度进行了分析。模拟结果显示,拟议的算法将统一为同一可实现的总和值,尽管基于梯度的调整法是基于梯度优化的双向调整法,但用户的组合式组合组合矩阵是优化的优化。此外,我们通常通过采用基于闭式表达式的进度法和跨度方法可以使BCRIIS定位得到更高的定位。

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