This paper investigates the information theoretical limit of a reconfigurable intelligent surface (RIS) aided communication scenario in which the RIS and the transmitter either jointly or independently send information to the receiver. The RIS is an emerging technology that uses a large number of passive reflective elements with adjustable phases to intelligently reflect the transmit signal to the intended receiver. While most previous studies of the RIS focus on its ability to beamform and to boost the received signal-to-noise ratio (SNR), this paper shows that if the information data stream is also available at the RIS and can be modulated through the adjustable phases at the RIS, significant improvement in the {degree-of-freedom} (DoF) of the overall channel is possible. For example, for an RIS system in which the signals are reflected from a transmitter with $M$ antennas to a receiver with $K$ antennas through an RIS with $N$ reflective elements, assuming no direct path between the transmitter and the receiver, joint transmission of the transmitter and the RIS can achieve a DoF of $\min(M+\frac{N}{2}-\frac{1}{2},N,K)$ as compared to the DoF of $\min(M,K)$ for the conventional multiple-input multiple-output (MIMO) channel. This result is obtained by establishing a connection between the RIS system and the MIMO channel with phase noises and by using results for characterizing the information dimension under projection. The result is further extended to the case with a direct path between the transmitter and the receiver, and also to the multiple access scenario, in which the transmitter and the RIS send independent information. Finally, this paper proposes a symbol-level precoding approach for modulating data through the phases of the RIS, and provides numerical simulation results to verify the theoretical DoF results.


翻译:本文调查了可重新配置智能表面(RIS) 辅助通信情景的信息理论限制, RIS和发报机在其中联合或独立地向接收者发送信息。 RIS是一种新兴技术,使用大量被动反射元素,并具有可调整阶段,以明智地反映向预定接收者发送信号。 虽然RIS以前的大部分研究侧重于其信号信号发送能力, 并提升接收到的信号对音频比( IRS), 这表明如果信息数据流也可以在RIS上同时通过可调整的阶段向接收者发送信息。 IRS是一个新兴技术, 使用大量被动反射元素, 使用大量被动反射元素, 可调整整个频道的{自由度} (DoF) 是一个新兴技术, 以美元前天线向接收者发送信号, 以美元反射信号率, 假设发报与接收者之间没有直接路径, 发报机和里程通过IMO( M% 2 ) 和 IMIS 运行结果实现多功能的DF( IM) 连接, 通过常规数据发送结果, DoK- dental- diral- dentalation 和 mission 和M) 提供结果。

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