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 tend to converge to the same achievable sum-rate overall, but may produce different sum-rate performance for some specific situations, due to the non-convexity of the considered problem. Also, the gradient-based optimization methods are generally more time efficient. In addition, we demonstrate that the proposed algorithms can provide a significant 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。我们通过利用高萨多投入多输出输出(MIMO) BC和多接入频道(MAC)之间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元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优化。我们通过使用闭式表达法或同时进行计算,可以解决这个问题。我们为拟议的算法提供了计算复杂性分析。模拟结果显示,拟议的算法倾向于与可实现的总和值一致,但可能会产生以区块协调最大化(BCMM)或以梯度为基础的双相调法优化。在特定情况下,以不同的超时序递增率性能展示某些特定情况。

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