As a prospective key technology for the next-generation wireless communications, reconfigurable intelligent surfaces (RISs) have gained tremendous research interest in both the academia and industry in recent years. Only limited knowledge, however, has been obtained about the channel eigenvalue characteristics and spatial degrees of freedom (DoF) of systems containing RISs, especially when mutual coupling (MC) is present between the array elements. In this paper, we focus on the small-scale spatial correlation and eigenvalue properties excluding and including MC effects, for RISs with a quasi-continuous aperture (i.e., holographic RISs). Specifically, asymptotic behaviors of far-field and near-field eigenvalues of the spatial correlation matrix of holographic RISs without MC are first investigated, where the counter-intuitive observation of a lower DoF with more elements is explained by leveraging the power spectrum of the spatial correlation function. Second, a novel metric is proposed to quantify the inter-element correlation or coupling strength in RISs and ordinary antenna arrays. Furthermore, in-depth analysis is performed regarding the MC effects on array gain, effective spatial correlation, and eigenvalue architectures for a variety of element intervals when a holographic RIS works in the radiation and reception mode, respectively. The analysis and numerical results demonstrate that a considerable amount of the eigenvalues of the spatial correlation matrix correspond to evanescent waves that are promising for near-field communication and sensing. More importantly, holographic RISs can potentially reach an array gain conspicuously larger than conventional arrays by exploiting MC, and MC has discrepant impacts on the effective spatial correlation and eigenvalue structures at the transmitter and receiver.


翻译:作为下一代无线通信的潜在关键技术,可重新配置的智能表面(RIS)近年来在学术界和工业界都获得了巨大的研究兴趣,然而,对于包含RIS的系统,尤其是当阵列元素之间存在相互连接(MC)时,对包含RIS的系统,其光值特性和空间自由度空间值(DoF)的渠道有限,尤其是当阵列元素之间存在反直观观测时,我们的重点是利用空间相关功能的功率频谱(包括MC效应),对具有准连续孔径的RIS(即,全息光学RIIS)进行重新配置。具体地说,对于远场和近场的离子流值自由度(DoF),只获得了有限的知识。此外,对于远场和近场自由度RIS空间相关矩阵的失常性行为,首先调查,通过利用空间相关关系函数的频谱度频谱度来解释对低端DOF的反直觉观测。第二,建议采用新的度度度度度度度度测量,以量化内系的内系关联性关系或合并强度(即智能阵列)和普通天线阵列阵列阵列阵列阵列阵列阵列的内,分别进行一项对常规和甚线性分析,对常规辐射值的直径的内、直径、直径、直观分析,以显示的阵列的直径、直径的直径、直径等的内、直径、直径、直径、直径、直径、直观分析,分别对等的内、直径、直径、直径、直径、直观、直径、直径、直观、直观、直径、直径、直观分析,对等等等的直观、直观、直观分析,对等的内、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直判、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、直观、

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