Reconfigurable intelligent surfaces (RISs) are able to provide passive beamforming gain via low-cost reflecting elements and hence improve wireless link quality. This work considers two-way passive beamforming design in RIS-aided frequency division duplexing (FDD) systems where the RIS reflection coefficients are the same for downlink and uplink and should be optimized for both directions simultaneously. We formulate a joint optimization of the transmit/receive beamformers at the base station (BS) and the RIS reflection coefficients. The objective is to maximize the weighted sum of the downlink and uplink rates, where the weighting parameter is adjustable to obtain different achievable downlink-uplink rate pairs. We develop an efficient manifold optimization algorithm to obtain a stationary solution. For comparison, we also introduce two heuristic designs based on one-way optimization, namely, time-sharing and phase-averaging. Simulation results show that the proposed manifold-based two-way optimization design significantly enlarges the achievable downlink-uplink rate region compared with the two heuristic designs. It is also shown that phase-averaging is superior to time-sharing when the number of RIS elements is large.


翻译:重新配置的智能表面(RIS)能够通过低成本反射元素提供被动波形增益,从而改善无线连接质量。这项工作考虑在RIS辅助的频率分解(DFD)系统中双向被动波形成形设计,在这种系统中,RIS反射系数对于下行和上行都是相同的,应当同时为双向优化。我们在基站(BS)和RIS反射系数中联合优化传输/接收波形变光仪。目标是最大限度地扩大下行和上行速度的加权总和,使加权参数能够调整以获得不同的可实现下行的下行链路联通率配对。我们开发高效的多重优化算法以获得固定解决方案。相比之下,我们还采用了基于单行优化的两个超速设计,即时间共享和阶段稳定。模拟结果显示,拟议的基于多式双向优化的双向优化设计将大大扩大可实现的下行联连通率区域与两个超速设计。它还显示,在大型时间共享时,阶段共享是高级的。

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