As a revolutionary paradigm for controlling wireless channels, reconfigurable intelligent surfaces (RISs) have emerged as a candidate technology for future 6G networks. However, due to the "multiplicative fading" effect, the existing passive RISs only achieve limited capacity gains in many scenarios with strong direct links. In this paper, the concept of active RISs is proposed to overcome this fundamental limitation. Unlike passive RISs that reflect signals without amplification, active RISs can amplify the reflected signals via amplifiers integrated into their elements. To characterize the signal amplification and incorporate the noise introduced by the active components, we develop and verify the signal model of active RISs through the experimental measurements based on a fabricated active RIS element. Based on the verified signal model, we further analyze the asymptotic performance of active RISs to reveal the substantial capacity gain they provide for wireless communications. Finally, we formulate the sum-rate maximization problem for an active RIS aided multi-user multiple-input single-output (MU-MISO) system and a joint transmit beamforming and reflect precoding scheme is proposed to solve this problem. Simulation results show that, in a typical wireless system, passive RISs can realize only a limited sum-rate gain of 22%, while active RISs can achieve a significant sum-rate gain of 130%, thus overcoming the "multiplicative fading" effect.


翻译:作为控制无线信道的革命性范式,可重新配置的智能表面(RIS)已成为未来6G网络的候选技术。然而,由于“倍增效应”效应,现有被动的RIS只能在许多具有强大直接链接的假设中实现有限的能力增益。在本文件中,主动的RIS概念是用来克服这一基本限制的。与反映无线通信的信号而没有放大的被动的RIS不同,活跃的RIS可以通过将放大器集成成成其元素来放大反射信号。为了确定信号放大特性,并纳入活跃组件引入的噪音,我们根据一个编造的积极RIS元素进行实验测量,开发并核实活跃的RIS信号模型。根据经核实的信号模型,我们进一步分析活跃的RIS的无线性性表现,以揭示它们为无线通信提供的巨大能力增益。最后,我们为一个积极的RIS辅助多用户多投影量单倍出系统(MU-MISO)以及一个联合传输系统,以虚拟化和反应前的信号模型模型模型,反映一个典型的递增速率的系统,从而能够实现一个稳定的SIMBRISADRAA结果。

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