Terahertz (THz) communications have been envisioned as a promising enabler to provide ultra-high data transmission for sixth generation (6G) wireless networks. To tackle the blockage vulnerability brought by severe path attenuation and poor diffraction of THz waves, an intelligent reflecting surface (IRS) is put forward to smartly control the incident THz waves by adjusting the phase shifts. In this paper, we firstly design an efficient hardware structure of graphene-based IRS with phase response up to 306.82 degrees. Subsequently, to characterize the capacity of the IRS-enabled THz multiple-input multiple-output (MIMO) system, an adaptive gradient descent (A-GD) algorithm is developed by dynamically updating the step size during the iterative process, which is determined by the second-order Taylor expansion formulation. In contrast with conventional gradient descent (C-GD) algorithm with fixed step size, the A-GD algorithm evidently improves the achievable rate performance. However, both A-GD algorithm and C-GD algorithm inherit the unacceptable complexity. Then a low complexity alternating optimization (AO) algorithm is proposed by alternately optimizing the precoding matrix by a column-by-column (CBC) algorithm and the phase shift matrix of the IRS by a linear search algorithm. Ultimately, the numerical results demonstrate the effectiveness of the designed hardware structure and the considered algorithms.


翻译:Terrahertz (Thz) 通信被认为是为第六代(6G)无线网络提供超高数据传输的极高数据传输的有希望的推动者。为了应对由严重路径衰减和Thz波的差分造成的阻塞脆弱性,提出了智能反射表面(IRS),通过调整阶段变化来智能控制事件Thz波。在本文中,我们首先设计了一个基于石墨的IRS高效硬件结构,其阶段响应度可达306.82度。随后,为说明IRS 支持的THz多输入多输出(MIMO)系统的能力,通过动态更新迭接过程的步数缩增(A-GD)算法(A-GD),由Taylor扩展配制的第二阶梯度扩展配方确定。与具有固定步骤规模的常规梯度下降(C-GD)算法相比,A-GD算法明显提高了可实现的速率性。然而,A-GD算法和C-GD算法的复杂度继承了不可接受的复杂程度。随后,通过不同版本的IMF(A-C级搜索阶段设计的I-C级计算法,由C最终的IMLULULA-S-S-LULULULUD结果演算法演算法演算法调整。

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