Reconfigurable intelligent surface (RIS) is a new technique that is able to manipulate the wireless environment smartly and has been exploited for assisting the wireless communications, especially at high frequency band. However, it suffers from hardware impairments (HWIs) in practical designs, which inevitably degrades its performance and thus limits its full potential. To address this practical issue, we first propose a new RIS reflection model involving phase-shift errors, which is then verified by the measurement results from field trials. With this beamforming model, various phase-shift errors caused by different HWIs can be analyzed. The phase-shift errors are classified into three categories: (1) globally independent and identically distributed errors, (2) grouped independent and identically distributed errors and (3) grouped fixed errors. The impact of typical HWIs, including frequency mismatch, PIN diode failures and panel deformation, on RIS beamforming ability are studied with the theoretical model and are compared with numerical results. The impact of frequency mismatch are discussed separately for narrow-band and wide-band beamforming. Finally, useful insights and guidelines on the RIS design and its deployment are highlighted for practical wireless systems.


翻译:重构智能表面(RIS)是一种新技术,能够智能地操纵无线环境,并已被用于帮助无线通信,尤其是在高频段。但是,在实际设计中,它遭受了硬件失配(HWIs)的影响,这不可避免地降低了它的性能,从而限制了它的全部潜力。为了解决这个实际问题,我们首先提出了一种新的RIS反射模型,涉及相移误差,然后通过现场试验的测量结果进行了验证。利用这个波束成形模型,可以分析不同HWIs引起的各种相位位移误差。将相位位移误差分为三类:(1)全局独立和同分布误差,(2)分组独立和同分布误差和(3)分组固定误差。通过理论模型研究了典型HWIs的影响,包括频率失配、PIN二极管失效和面板变形,并与数值结果进行了比较。针对窄带和宽带波束成形,分别讨论了频率失配的影响。最后,重点介绍了RIS设计和部署方面的有用见解和指导意见,适用于实际无线系统。

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