TeraHertz (THz) communications are envisioned to help satisfy the ever high data rates demand with massive bandwidth in the future wireless communication systems. However, severe path attenuation, transceiver antenna misalignment, and hardware imperfection greatly alleviate the performance of THz communications. To solve this challenge, we utilize the recently proposed reconfigurable intelligent surface (RIS) technology and provide a comprehensive analytical framework of RIS-aided THz communications. More specifically, we first prove that the small-scale amplitude fading of THz signals can be exactly modeled by the fluctuating two-ray distribution based on recent measurements. Exact statistical characterizations of end-to-end signal-to-noise plus distortion ratio (SNDR) and signal-to-noise ratio (SNR) are derived. Moreover, we propose a novel method of optimizing the phase-shifts at the RIS elements under discrete phase constraints. Finally, we derive analytical expressions for the outage probability and ergodic capacity, respectively. The tight upper bounds of ergodic capacity for both ideal and non-ideal radio frequency chains are obtained. We provided Monte-Carlo simulations to validate the accuracy of our results. It is interesting to find that the impact of path loss is more pronounced compared to others, and increasing the number of elements at the RIS can significantly improve the THz communication system performance.


翻译:TeraHertz (THz) 通信的构想是帮助在未来无线通信系统中以大规模带宽满足不断高的数据率需求。 但是,严重的路径衰减、收发器天线不匹配和硬件不完善大大降低了THz通信的性能。 为了解决这一挑战,我们利用最近提出的可重新配置的智能表面技术,并为RIS辅助THz通信提供全面分析框架。更具体地说,我们首先证明,基于最近测量的两线分布波动可以完全模拟THz信号的小规模膨胀退缩。终端对终端信号对声音和扭曲比率(SNDR)和信号对噪音比率(SNRR)的快速统计定性可以极大地减轻THZ通信的性能。此外,我们提出了一种在离散阶段制约下优化TRIS元素的阶段性变换。最后,我们获得了关于外向概率和ergodic能力的分析表达方式,分别获得了基于最近测量的双射线分布分布式分布的紧紧框。在理想和非尾端信号对等频率链中,我们提供了对不断升级的变换的系统变换的轨道结果的模拟结果,这是更令人感兴趣的变换的结果。

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